人工智能通識-科普-哥德爾的不完備定理

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匹諾曹有一天說了這樣一句話:“我的鼻子會馬上變長。”然后會怎樣呢?如果鼻子變長,那么匹諾曹就說的是真話,所以鼻子不應該變長。如果鼻子沒有變長,那么匹諾曹說的就是假話,所以鼻子必須變長。

結(jié)果呢?鼻子炸了。

說謊者悖論

矛盾并不是起于匹諾曹。

公元6世紀,一個克里特的哲學家說了一句名言:“所有克里特人都是滿嘴謊話”。這個百年老坑挖的好,自己也掉里面了。
如果這句話是真的,那么所有克里特人都是說謊的,哲學家自己也是克里特人,那么他也是說謊的,這句話也應該是謊話,這就又產(chǎn)生矛盾了,這句話到底是真的還是假的?

說謊者悖論的精簡版本是:“我在說謊”。
如果你沒在說謊,那么你就說謊了;如果你在說謊,那么你是在說真話。

這是個雙人版本,左邊的說右邊的沒撒謊,右邊的說左邊的撒謊了。如果左邊的沒撒謊,那么右邊的也沒撒謊,但右邊的又說左邊的肯定撒謊了,那么到底左邊的有沒有撒謊?

問題在哪里?

這種問題像是一個無限循環(huán)的自我指涉邏輯嵌套,就像我們無法回答下圖鏡子中有多少個拉奧納多一樣,我們也無法回答說謊者悖論。

其次這個矛盾是巧妙地混用了“真值為真”和“語義為真”,創(chuàng)造了一個“含義為真卻真值不能同時為真”的命題。“我在說謊”,我真的在說謊和我這句話是謊話本身就是矛盾的,但又并不違背邏輯。

所以后來有人提出把語言的形式判斷和語義判斷分在不同層級,然后強制不能逆層級進行判斷,只能從形式判斷語義,而不能從語義來反推形式。——這實際上實在“立法禁止”產(chǎn)生矛盾,但并沒有解決矛盾。

也許這個悖論恰好告訴我們一個真理,即我們所處的世界并非是完美的邏輯自洽(無矛盾)的。

另外還有一個有趣的悖論,“理發(fā)師悖論”(等價于“羅素悖論”),即某城的一個理發(fā)師發(fā)誓,只給而且必須給城里所有不自己理發(fā)的人理發(fā)。問題在于他是否要給自己理發(fā)?——這個問題的矛盾似乎更容易破解,只要把理發(fā)師當做城外人就可以了。

關(guān)于皮亞諾算術(shù)公理Peano axioms

皮亞諾公理是意大利數(shù)學家朱塞佩·皮亞諾 Giuseppe Peano在19世紀末期所構(gòu)造的算術(shù)公理系統(tǒng)中的公理,它包括:

  1. 是自然數(shù);
  2. 每一個確定的自然數(shù)a,都有一個確定的后繼數(shù)a' ,a' 也是自然數(shù)(一個數(shù)的后繼數(shù)就是緊接在這個數(shù)后面的數(shù),例如,1的后繼數(shù)是2,2的后繼數(shù)是3等等);
  3. 對于每個自然數(shù)b、c,b=c當且僅當b的后繼數(shù)=c的后繼數(shù); 1不是任何自然數(shù)的后繼數(shù);
  4. 任意關(guān)于自然數(shù)的命題,如果證明了它對自然數(shù)1是對的,又假定它對自然數(shù)n為真時,可以證明它對n' 也真,那么,命題對所有自然數(shù)都真。(這條公理假設了數(shù)學歸納法的正確性)

后來這里的1被改為了0.

希爾伯特的23個問題

大衛(wèi)·希爾伯特David Hilbert,德國人,是19世紀初期最偉大的數(shù)學家之一。


1900年,他在巴黎的國際數(shù)學家大會上做了作了《數(shù)學問題》主題演講,提出的一系列問題,被稱為希爾伯特的23個問題,這些問題為20世紀的許多數(shù)學研究指出方向。

其中第二個問題是算術(shù)公理(皮亞諾算術(shù)公理系統(tǒng))是相容的(無矛盾的)。

20世紀20年代,希爾伯特更是啟動了一項宏偉的計劃,大意是建立一組公理體系,使一切數(shù)學命題原則上都可由此經(jīng)有限步推定真?zhèn)危@叫做公理體系的“完備性”;并且公理體系保持“獨立性”(即所有公理都是互相獨立的,使公理系統(tǒng)盡可能的簡潔)和“無矛盾性”(即相容性,不能從公理系統(tǒng)導出矛盾)。

哥德爾不完備定理

希爾伯特的計劃才啟動不久,1931年,庫爾特·哥德爾就給出證明:任何無矛盾的公理體系,只要包含初等算術(shù)的陳述,則必定存在一個不可判定命題,用這組公理不能判定其真假。也就是說,“無矛盾”和“完備”是不能同時滿足的!這便是聞名于世的哥德爾不完全性定理。

哥德爾的證明思路即很巧妙的利用了類似“說謊者悖論”邏輯產(chǎn)生的悖論。

哥德爾1931年發(fā)表了兩條定理:

  • 任何兼容的形式系統(tǒng),只要蘊涵皮亞諾算術(shù)公理,就可以在其中構(gòu)造在體系中不能被證明的真命題,因此通過推演不能得到所有真命題(即體系是不完備的)。
  • 任何邏輯自洽的形式系統(tǒng),只要蘊涵皮亞諾算術(shù)公理,它就不能用于證明它本身的一致性。

哥德爾的不完備定理證明了基本算術(shù)的兼容性不能在自身內(nèi)部證明,因此當然就不能用來證明比它更強的系統(tǒng)的兼容性了,這直接否定了希爾伯特的偉大哲學計劃。同時也是對對希爾伯特23問題中第二個問題的證偽。


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