Skolem-normálforma

A Skolem-normálforma (SNF) a matematikai logika elsőrendű logika nevű ágában egy elsőrendű nyelv speciális szimbólumokkal, a Skolem-szimbólumokkal bővített változatának olyan formulája, melynek egyetlen valódi részformulája sem kvantált (mert „a kvantorok mind a formula legelején vannak”, azaz prenex állapotban), továbbá ha előfordul a formulában kvantor, akkor az csak univerzális kvantor lehet.

Tehát általánosan a következő alakú formulák SNF alakúak:
  ,  ahol M(), a SNF magja, már kvantormentes formula (lehet nyílt is).

Bebizonyítható, hogy tetszőleges formulához létezik olyan vele egy bizonyos értelemben ekvivalens formula, amely Skolem-normálforma alakú. Ennek előállítására, azaz a formula skolemizálására algoritmusok is adhatóak. Ez tehát – ha prenex formulából indulunk ki, amit a továbbiakban feltételezni fogunk – azt jelenti, hogy „kiküszöböljük a formulából az egzisztenciális kvantorokat” („egy bizonyos értelemben” ekvivalens azért, mert a Skolemizált formula tkp. nem formulája az adott nyelvnek, és így az ekvivalencia definíciója is módosításra szorul).

Skolemizálás 

 Először is prenex alakba hozzuk a formulát (ezzel ama cikkben foglalkoztunk) ;
 Bevezetjük a Skolem-konstansokat;
 Bevezetjük a Skolem-függvényeket;
 (Ha tetszik vagy szükséges, akkor a magot KNF, DNF, Zsegalkin- vagy egyéb normálforma alakba is írhatjuk, így kapjuk a Skolem-konjunktív [SKNF] stb. normálformát).

A Skolem-konstansok 

Legyen
   prenex formula (tehát az M mag kvantormentes).

Ha  ( ahol  ), azaz az első néhány kvantor egzisztenciális, akkor F akkor és csak akkor elégíthető ki, ha van olyan interpretáció, melyre a formula igaz, és ekkor (az egzisztenciális kvantor definíciója szerint) az interpretáció U univerzumában kell lennie olyan  elemeknek, hogy ha valamely változókiértékelés során az  változóknak rendre a  , a formula igaz lesz. Ezeket az elemeket Skolem-konstansoknak nevezzük.

A (prenex) formula skolemizálásának első lépése, hogy a nyelvet kibővítjük olyan szimbólumokkal (Skolem-konstansszimbólumok), melyek a fent leírt Skolem-konstansoknak felelnek meg.

Ezután elvégezzük az F formulán az  termhelyettesítést. Ezzel az első néhány (ha j=n, akkor az összes) egzisztenciális kvantort kiküszöböltük (elimináltuk) a formulából. Ha nem maradt egzisztenciális kvantor a formulában, akkor készen vagyunk, ha meg maradt (de a feltételek miatt , tehát a konstansokkal skolemizált formula már nem egzisztenciális kvantorral „kezdődik”); akkor bevezetjük az ún. Skolem-függvényeket .

A Skolem-függvények 

Legyen
   olyan prenex formula (tehát az M mag kvantormentes), mely nem egzisztenciális kvantorral kezdődik, azaz melyre igaz  (ha egzisztenciális kvantorral kezdődik, akkor Skolem-konstansok fentebb leírt bevezetésével mégis elérhető, hogy ilyen alakú legyen).

Legyen tehát a j-1≤n indexig valamennyi Ri univerzális kvantor, míg j-re Rj egzisztenciális! Ha netán j-1=n lenne, akkor készen vagyunk, hiszen feltételeink szerint minden kvantor univerzális. Ha viszont j-1<n, akkor van az Ri kvantorok között valahol egy egzisztenciális. Tehát formulánk a következő alakú:
   .

Ha ez a formula igaz (pontosabban, ha kielégíthető), az az univerzális kvantifikáció definíciója szerint pontosan azt jelenti, hogy minden  univerzum-(j-1)-eshez létezik olyan  , amelyre a j-edik (egzisztenciális) kvantor hatóköre mint formula igaz.

Minden elem-(j-1)-eshez tartozik ilyen elem, tehát definiálható az függvény. Ezt a formula megfelelő (tehát a j-edik) kvantorához vagy változóihoz tartozó Skolem-függvénynek nevezzük.

Nyelvünket bővítsük ki olyan f (a nyelvben eddig nem szereplő) (Skolem-)függvényszimbólummal, melyet később a fentebb leírt f Skolem-függvénnyel interpretálunk. A formula prefixumából (tehát a mag előtt álló kvantorsorozatból) pedig tüntessük el ezt a j-edik, egzisztenciális kvantort, és végezzük el a magban az  behelyettesítést. Ezzel elimináltunk egy egzisztenciális kvantort a formulából.

A skolemizálás befejezése 

A fent leírt két eljárást a formulától függően váltakozva használva – a feltételek által adott, mikor melyiket – addig folytatjuk, míg valamennyi egzisztenciális kvantort nem eliminálunk. A skolemizálási eljárás véges sok lépésből áll, mivel a formulában csak véges sok egzisztenciális kvantor szerepel, és minden lépésben la. egyet kiejtünk.

Példa

Elsőrendű klóz 

Egy zárt Skolem-normálformulát, melynek magja konjunktív normálforma alakú, elsőrendű klóznak nevezünk.

Hivatkozások

Lásd még 

 Prenex-formula
 elsőrendű klóz

Irodalom 
 Papadimitriou, Christos H.: Számítási bonyolultság (Computational complexity). Egyetemi tankönyv. Novadat Bt., 1999.  .
 Pásztorné Varga Katalin – Várterész Magda: A matematikai logika alkalmazásszemléletű tárgyalása, Panem, Bp., 2003. 

Matematikai logika