# ภาษารูปนัย
ในตรรกศาสตร์, คณิตศาสตร์, ภาษาศาสตร์ และวิทยาการคอมพิวเตอร์ ภาษารูปนัย  บ้างก็ว่า ภาษาแบบแผน ประกอบด้วยคำซึ่งสะกดด้วยตัวอักษร (symbol (formal)) จากชุดตัวอักษรชุดหนึ่ง และจัดดีแล้ว (well-formedness) ตามกฎชุดหนึ่ง

ชุดตัวอักษรของภาษารูปนัยภาษาหนึ่งประกอบด้วยสัญลักษณ์, ตัวอักษร หรือโทเค็น ซึ่งต่อกัน (concatenate) เป็นสายอักขระในภาษานั้นดูที่ อาทิ . สายอักขระแต่ละสายซึ่งต่อกันขึ้นจากสัญลักษณ์ในชุดตัวอักษรนั้นเรียกว่าคำ และบางครั้งคำในภาษารูปนัยภาษาหนึ่งก็เรียกว่าคำที่จัดดีแล้ว หรือ สูตรที่จัดดีแล้ว (well-formed formula) ภาษารูปนัยถูกกำหนดโดยไวยากรณ์รูปนัย (formal grammar) เช่นไวยากรณ์ปรกติ (regular grammar) หรือไวยากรณ์ไม่พึ่งบริบท (context-free grammar) ซึ่งประกอบด้วยกฎการจัดรูป (formation rule) ของตัวเอง

สาขาทฤษฎีภาษารูปนัย  ศึกษาด้านวากยสัมพันธ์ หรือรูปแบบโครงสร้างภายในของภาษารูปนัยเป็นหลัก ทฤษฎีภาษารูปนัยแยกออกมาจากภาษาศาสตร์ เพื่อทำความเข้าใจถึงระเบียบทางวากยสัมพันธ์ของภาษาธรรมชาติ ภาษารูปนัยถูกใช้ในวิทยาการคอมพิวเตอร์เป็นรากฐานของนิยามของไวยากรณ์ของภาษาโปรแกรม และของภาษาธรรมชาติรูปแบบรูปนัยซึ่งคำในภาษานั้นแทนแนวคิดที่สัมพันธ์กับความหมายอันหนึ่ง ตามปกติในทฤษฎีความซับซ้อนในการคำนวณ ปัญหาการตัดสินใจถูกนิยามเป็นภาษารูปนัย และกลุ่มความซับซ้อนถูกนิยามเป็นเซตของภาษารูปนัยที่เครื่องซึ่งมีพลังในการคำนวณจำกัดสามารถแจงส่วน (parsing) ได้ ในตรรกศาสตร์และรากฐานของคณิตศาสตร์ ภาษารูปนัยถูกนำมาใช้เพื่อแทนวากยสัมพันธ์ของระบบสัจพจน์ (axiomatic system) และรูปนัยนิยม (formalism (philosophy of mathematics) เป็นปรัชญาที่กล่าวว่าคณิตศาสตร์ทั้งหมดล้วนสามารถถูกลดรูปให้กลายเป็นเพียงกระบวนการดัดแปลงทางวากยสัมพันธ์ของภาษารูปนัยได้

 ประวัติ 
คำว่าภาษารูปนัย (formal language) อาจถูกใช้เป็นครั้งแรกใน Begriffsschrift (แปลว่า การเขียนแนวคิด, concept writing) โดย ก็อทโลพ เฟรเกอ (Gottlob Frege) ในปี ค.ศ. 1879 ซึ่งอธิบายถึง "ภาษารูปนัยของภาษาบริสุทธิ์" 

 คำจากชุดตัวอักษร 
ในบริบทของภาษารูปนัย ชุดตัวอักษรเป็นเซตของสิ่งใดก็ได้ อย่างไรก็ตามการใช้คำว่าชุดตัวอักษรในความหมายทั่วไปทำให้เข้าใจได้ง่ายกว่า เช่นชุดอักขระอาทิ ASCII หรือยูนิโคด สมาชิกในชุดตัวอักษรเรียกว่าตัวอักษร ชุดตัวอักษรชุดหนึ่งสามารถมีตัวอักษรได้เยอะนับไม่ถ้วน อย่างไรก็ตาม นิยามในทฤษฎีภาษารูปนัยส่วนใหญ่ระบุให้ชุดตัวอักษรมีสมาชิกจำนวนจำกัด และผลลัพธ์ส่วนใหญ่จะใช้ได้กับชุดตัวอักษรแบบนี้เท่านั้น

คำ คือลำดับของตัวอักษรจากชุดตัวอักษรหนึ่งซึ่งมีขนาดจำกัด (เช่น สายอักขระ) เซตของคำทุกคำที่ประกอบขึ้นจากตัวอักษรในชุดตัวอักษร Σ มักถูกเขียนเป็น Σ* (ใช้สัญลักษณ์คลีนสตาร์ (Kleene star)) ความยาวของคำคือจำนวนของตัวอักษรในคำนั้น ชุดตัวอักษรทุกชุดมีคำ ๆ เดียวที่มีความยาวเท่ากับ 0 นั่นคือ คำว่าง ซึ่งมักถูกแทนด้วยอักษร e, ε, λ หรือ Λ คำสองคำสามารถจับมาต่อกัน (Concatenation) เพื่อสร้างคำใหม่ขึ้นมาได้ โดยจะมีความยาวเท่ากับความยาวของคำที่นำมาต่อกันรวมกัน และการต่อคำ ๆ หนึ่งกับคำว่างจะได้ผลลัพธ์เป็นคำเดิมคำนั้น

ในการประยุกต์ใช้ในสาขาอื่น โดยเฉพาะตรรกศาสตร์ ชุดตัวอักษรมีชื่อเรียกอีกชื่อว่า วงศัพท์ และคำมีชื่อเรียกอีกชื่อว่า สูตร (formula) หรือ ประโยค (sentence) ซึ่งเป็นการเปลี่ยนการเปรียบเทียบ จากการเทียบกับความสัมพันธ์ระหว่างตัวอักษรกับคำ เป็นการเทียบกับความสัมพันธ์ระหว่างคำและประโยค

บทนิยาม
ภาษารูปนัย L ที่ใช้ชุดตัวอักษร Σ เป็นเซตย่อยของเซตของคำทุกคำ Σ* ในชุดตัวอักษรนั้น บางครั้งคำแต่ละคำก็จะถูกจัดกลุ่มเป็นนิพจน์ และกฎเกณฑ์บางอย่างจะถูกกำหนดขึ้นมาเพื่อสร้าง 'นิพจน์ที่จัดดีแล้ว'

ในสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์และคณิตศาสตร์ คำว่า "เชิงรูปนัย" หรือ "รูปนัย" มักถูกละเว้นไว้เพื่อลดการใช้คำแบบฟุ่มเฟือย เนื่องจากในสาขาวิชาเหล่านี้ภาษาธรรมชาติมักไม่ถูกพูดถึงบ่อยอยู่แล้วจึงไม่จำเป็นต้องระบุว่ากำลังใช้คำในความหมายเชิงรูปนัย

ในขณะที่ทฤษฎีภาษารูปนัยโดยทั่วไปให้ความสนใจกับภาษารูปนัยที่มีกฎเกณฑ์ด้านวากยสัมพันธ์ แต่บทนิยามจริง ๆ ของแนวคิด "ภาษารูปนัย" นั้นก็เป็นดังที่ระบุไว้ด้านบนเพียงเท่านั้นคือ: เซตของสายอักขระที่มีความยาวจำกัด (ซึ่งอาจมีจำนวนนับไม่ถ้วนก็ได้) ซึ่งประกอบขึ้นจากชุดตัวอักษรชุดหนึ่ง ไม่มีนิยามที่มากไปหรือน้อยไปกว่านี้ ในทางปฏิบัติ มีภาษาหลายแบบที่สามารถอธิบายด้วยกฎเกณฑ์ได้ เช่นภาษาปรกติ (Regular language) หรือ ภาษาไม่พึ่งบริบท (context-free language) ความหมายของไวยากรณ์รูปนัยใกล้เคียงกับแนวคิดเรื่อง "ภาษา" ตามสหัชญาณมากกว่า ซึ่งก็คือภาษาที่ถูกกฎหนดโดยกฎเกณฑ์ด้านวากยสัมพันธ์ และหากใช้นิยามของมันอย่างผิด ๆ อาจถือได้ว่าภาษารูปนัยภาษาหนึ่งจะมาพร้อมกับไวยากรณ์รูปนัยรูปแบบหนึ่งที่เป็นตัวบรรยายภาษานั้น ๆ

ตัวอย่าง

ข้อความดังต่อไปนี้เป็นกฎที่บรรยายถึงภาษารูปนัย  ภาษาหนึ่งซึ่งประกอบขึ้นจากชุดตัวอักษร Σ = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, +, =}:
 สายอักขระที่ไม่ว่างทุกสาย ที่ไม่มีตัว "+" หรือ "=" และไม่ได้เริ่มต้นด้วยตัว "0" เป็นสายอักขระที่มีอยู่ในภาษา  
 สายอักขระ "0" มีอยู่ในภาษา 
 สายอักขระที่มีตัว "=" นั้นจะมีอยู่ในภาษา  ก็ต่อเมื่อมีตัว "=" เพียงตัวเดียวเท่านั้น และจะต้องอยู่ระหว่างสายอักขระสองสายที่ถูกต้องตามกฎของภาษา 
 สายอักขระที่มีตัว "+" แต่ไม่มีตัว "=" นั้นจะมีอยู่ในภาษา  ก็ต่อเมื่อตัว "+" ทุกตัวในสายอักขระนั้นอยู่ระหว่างสายอักขระสองสายที่ถูกต้องตามกฎของภาษา 
 ไม่มีสายอักขระอื่นใดอยู่ในภาษา  นอกเหนือจากที่กฎที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้สื่อถึง
ภายใต้กฎเหล่านี้ สายอักขระ "23+4=555" มีอยู่ในภาษา  แต่ไม่มีสายอักขระ "=234=+" อยู่ในภาษา  ภาษารูปนัยภาษานี้แสดงถึงจำนวนธรรมชาติ, การบวกที่จัดดีแล้ว และสมการของการบวกที่จัดดีแล้ว แต่แสดงเพียงลักษณะว่าเป็นอย่างไร (วากยสัมพันธ์) แต่ไม่ได้แสดงว่ามีความหมายอย่างไร ตัวอย่างเช่น กฎเหล่านี้ไม่ได้ระบุว่า "0" หมายถึงเลขศูนย์, "+" หมายถึงการบวก, "23+4=555" เป็นเท็จ, ฯลฯ

 การสร้าง 
เราสามารถแจกแจงคำที่จัดดีแล้วทุกคำในภาษาจำกัดภาษาหนึ่งได้ เช่น เราสามารถบรรยายภาษา  ได้ว่า  = {a, b, ab, cba} กรณีลดรูปของการสร้างแบบนี้คือภาษาว่างซึ่งไม่มีคำอยู่เลย ( = ∅)

ทว่าแม้แต่ชุดตัวอักษรที่จำกัด (ไม่ว่าง) เช่น Σ = {a, b} ก็มีคำที่มีความยาวจำกัดที่ประกอบขึ้นจากชุดตัวอักษรนั้นอยู่มากเป็นจำนวนไม่จำกัด (อนันต์): "a", "abb", "ababba", "aaababbbbaab", .... ดังนั้นภาษารูปนัยโดยปกติเป็นภาษาอนันต์ และการบรรยายภาษารูปนัยอนันต์นั้นไม่สามารถทำได้ด้วยเพียงการเขียนว่า L = {a, b, ab, cba} ข้อความต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของภาษารูปนัย:
  = Σ* เซตของคำทุกคำในชุดตัวอักษร Σ
  = {a}* = {an} โดย n คือจำนวนธรรมชาติ และ "an" หมายถึง "a" ซ้ำกัน n ครั้ง (เซตของคำทุกคำที่ประกอบขึ้นจากสัญลักษณ์ "a" เท่านั้น)
 เซตของโปรแกรมที่ถูกต้องทางวากยสัมพันธ์ทุกโปรแกรมในภาษาโปรแกรมภาษาหนึ่ง (ซึ่งปกติวากยสัมพันธ์ของภาษานั้นถูกให้นิยามด้วยไวยากรณ์ไม่พึ่งบริบท (context-free grammar))
 เซตของอินพุตที่ทำให้เครื่องทัวริงเครื่องหนึ่งหยุด
 เซตของสายอักขระใหญ่ (maximal string) สุดของอักขระแอสกีอักษรเลขในบรรทัดต่อไป the set of maximal strings of alphanumeric ASCII characters on this line, i.e.,คือเซต {the, set, of, maximal, strings, alphanumeric, ASCII, characters, on, this, line, i, e}

 รูปแบบการกำหนดคุณสมบัติของภาษา 

ภาษารูปนัยถูกใช้เป็นเครื่องมือในหลายสาขาวิชา แต่ทฤษฎีภาษารูปนัยไม่สนใจในภาษาใดภาษาหนึ่งโดยเฉพาะ (ยกเว้นในการยกตัวอย่าง) และสนใจศึกษารูปแบบในการกำหนดภาษาต่าง ๆ สำหรับการบรรยายภาษาดังเช่น
 เซตของสายอักขระที่ถูกผลิตโดยไวยากรณ์รูปนัย
 เซตของสายอักขระที่ถูกกำหนดโดย หรือจับคู่กับนิพจน์ปรกติ
 เซตของสายอักขระที่ออโตมาตอนเครื่องหนึ่งรับ เช่นเครื่องทัวริงหรือออโตมาตอนสถานะจำกัด
 เซตของสายอักขระที่กระบวนการตัดสินใจหนึ่ง (ขั้นตอนวิธีที่จะถามคำถามใช่-ไม่ใช่ที่เกี่ยวข้องเป็นลำดับ) ให้คำตอบว่า ใช่

คำถามทั่วไปเกี่ยวกับการกำหนดภาษาแต่ละรูปแบบมีดังเช่น

 มีความสามารถในการแสดงออกเท่าไหร่? (expressive power) (การกำหนดรูปแบบX สามารถบรรยายภาษาทุกภาษาที่รูปแบบ Y สามารถบรรยายได้หรือไม่? มันสามารถบรรยายภาษาอื่น ๆ ได้หรือไม่?)
 มีความสามารถในการรู้จำเท่าไหร่? (recognizability) (มันยากแค่ไหน ที่จะรู้จำว่าคำ ๆ หนึ่งนั้นอยู่ในภาษาหนึ่งที่ถูกบรรยายโดยรูปแบบ X หรือไม่?)
 มีความสามารถในการเปรียบเทียบเท่าไหร่? (comparability) (มันยากแค่ไหน ที่จะตัดสินว่าภาษาสองภาษา ซึ่งถูกบรรยายโดยรูปแบบ X และ Y หรือถูกบรรยายโดยรูปแบบ X เหมือนกันทั้งสองนั้น ความจริงแล้วเป็นภาษาเดียวกัน?)

คำตอบของปัญหาการตัดสินใจเหล่านี้มักลงเอยด้วย "ไม่สามารถทำได้เลย" หรือ "สิ้นเปลืองมาก" (ซึ่งจะมีคำอธิบายว่าสิ้นเปลืองในแง่ไหน) ทฤษฎีภาษารูปนัยจึงเป็นสาขาวิชาหลักที่ประยุกต์ใช้ทฤษฎีการคำนวณได้และทฤษฎีความซับซ้อน ภาษารูปนัยถูกจัดหมวดหมู่ในลำดับชั้นชอมสกี (Chomsky hierarchy) ตามพลังหรือความสามารถในการแสดงออกของไวยากรณ์เพิ่มพูนของภาษาเหล่านั้น รวมไปถึงตามความซับซ้อนของออโตมาตอนที่รู้จำมัน ไวยากรณ์ปรกติและไวยากรณ์ไม่พึ่งบริบทเป็นตัวเลือกที่ประนีประนอมระหว่างความสามารถในการแสดงออกและความง่ายในการแจงส่วน (parsing) และถูกใช้อย่างแพร่หลายในเชิงปฏิบัติ

 การดำเนินการบนภาษา 
การดำเนินการบนภาษาประกอบด้วยการดำเนินการของเซตชุดมาตรฐาน เช่นยูเนียน อินเตอร์เซกชัน และส่วนเติมเต็ม กับการดำเนินการอีกชุดหนึ่งซึ่งเป็นการดำเนินการบนสายอักขระที่ประยุกต์ใช้แบบสมาชิกต่อสมาชิก (element-wise)

ตัวอย่าง: สมมุติให้  และ  เป็นภาษาที่มีชุดตัวอักษร  ร่วมกัน
 การต่อกันของทั้งสอง  ประกอบด้วยสายอักขระทั้งหมดในรูป  โดย  เป็นสายอักขระจาก  และ  เป็นสายอักขระจาก 
 อินเตอร์เซกชันหรือส่วนร่วมของทั้งสอง  ประกอบด้วยสายอักขระทั้งหมดที่มีอยู่ในทั้งสองภาษา
 ส่วนเติมเต็มของ :  เทียบกับ  ประกอบด้วยสายอักขระทั้งหมดจาก  ที่ไม่มีอยู่ใน 
 คลีนสตาร์: ภาษาที่ประกอบด้วยคำทุกคำที่เกิดจากการต่อกันของคำจากภาษาต้นฉบับจำนวนศูนย์คำขึ้นไป
 การย้อนกลับ:
 ให้ ε เป็นคำว่าง แล้ว  และ
 สำหรับคำไม่ว่างแต่ละคำ  (โดย  เป็นสมาชิกของชุดตัวอักษรชุดหนึ่ง) ให้ 
 ฉะนั้นแล้วสำหรับภาษา , 
 สาทิสสัญฐานของสายอักขระ (String homomorphism)

การดำเนินการบนสายอักขระ (string operations) เหล่านี้ถูกใช้เพื่อสำรวจหาสมบัติการปิดของภาษาหมวดหมู่หนึ่ง ภาษาหมวดหมู่หนึ่งมีสมบัติการปิดหรือ "ปิด" ภายใต้การดำเนินการอย่างหนึ่ง เมื่อกระทำกับภาษาในหมวดหมู่นั้นแล้วได้ผลลัพธ์เป็นภาษาในหมวดหมู่เดิม ตัวอย่างเช่น ภาษาไม่พึ่งบริบทซึ่งปิดภายใต้การดำเนินการยูเนียน ต่อกัน และส่วนร่วมกับภาษาปรกติ แต่ไม่ปิดภายใต้การดำเนินการส่วนร่วมหรือส่วนเติมเต็ม ทฤษฎีของทริโอ (cone (formal languages)) และตระกูลนามธรรมของภาษา (abstract family of languages) ศึกษาเกี่ยวกับสมบัติการปิดของภาษา, Chapter 11: Closure properties of families of languages.

{| class="wikitable"
|+ align="top"|สมบัติการปิดของตระกูลภาษาต่าง ๆ ตามฮอปครอฟท์และอูลมันน์(ดำเนินการ  ซึ่งทั้ง  และ  อยู่ในตระกูลภาษาเดียวกันตามแต่ละสดมภ์) 
|-
! การดำเนินการ
!
! ปรกติ
! DCFL
! CFL
! IND
! CSL
! เรียกซ้ำ
! RE
|-
|ยูเนียน
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|อินเตอร์เซกชัน
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|ส่วนเติมเต็ม
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|การต่อกัน
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|คลีนสตาร์
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|สาทิสสัญฐาน (ของสายอักขระ), 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|สาทิสสัญฐาน (ของสายอักขระ) ไร้ ε, 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|การแทนที่, 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|สาทิสสัญฐานผกผัน, 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|การย้อนกลับ
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|-
|อินเตอร์เซกชันกับภาษาปรกติ 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 

|}

 การประยุกต์ใช้ 

 ภาษาโปรแกรม 

คอมไพเลอร์ หรือโปรแกรมแปลโปรแกรมมีส่วนประกอบที่ชัดเจนอยู่สองส่วน คือตัววิเคราะห์ศัพท์ (Lexical analysis) ที่จะระบุโทเค็นของไวยากรณ์ของภาษาโปรแกรมเช่น ตัวระบุ (identifier) หรือคำสงวน ค่าคงตัว (Literal) ตัวเลขและสายอักขระ เครื่องหมายวรรคตอนและสัญลักษณ์ตัวดำเนินการ ซึ่งก็ถูกกำหนดอีกทีโดยภาษารูปนัยที่เรียบง่ายกว่าซึ่งโดยทั่วไปก็ทำขึ้นด้วยนิพจน์ปรกติ ส่วนนี้ถูกสร้างขึ้นด้วยเครื่องมือแบบ lex (Lex (software)) และส่วนที่สองคือตัวแจงส่วนที่จะทดลองตัดสินว่าโปรแกรมต้นฉบับนั้นสมเหตุสมผลทางวากยสัมพันธ์หรือไม่ หมายความว่าโปรแกรมต้นฉบับนั้นจัดดีแล้วตามไวยากรณ์ของภาษาโปรแกรมที่คอมไพเลอร์ถูกสร้างขึ้นมาหรือไม่ ส่วนนี้ถูกสร้างขึ้นด้วยตัวสร้างตัวแจงส่วน (compiler-compiler) เช่นyacc 

คอมไพเลอร์ทำหน้าที่มากกว่าการแจงส่วนรหัสต้นฉบับ แต่ยังแปลรหัสให้อยู่ในรูปแบบสั่งทำการรูปแบบหนึ่งด้วย ดังนั้นตัวแจงส่วนจึงให้คำตอบเป็นใช่-ไม่ใช่มากกว่าหนึ่งคำตอบ ซึ่งปกติเป็นต้นไม้วากยสัมพันธ์แบบนามธรรม (abstract syntax tree) ที่คอมไพเลอร์นำมาใช้ในขั้นต่อ ๆ มาเพื่อสุดท้ายผลิตไฟล์สั่งทำการขึ้นจากรหัสเครื่องที่จะทำการบนฮาร์ดแวร์โดยตรง หรือจากรหัสไบต์ที่ต้องใช้เครื่องเสมือน (virtual machine) เพื่อทำการ

 ทฤษฎี ระบบ และการพิสูจน์เชิงรูปนัย 
thumb|300px|right|แผนภาพนี้แสดงถึงการแบ่งหมวดหมู่เชิงวากยสัมพันธ์ภายในระบบรูปนัย สายอักขระ (Strings of symbols) สามารถถูกแบ่งออกได้อย่างกว้าง ๆ เป็นสายอักขระที่ไม่ได้ความกับสูตรที่จัดดีแล้ว (well-formed formula) และเซตของสูตรที่จัดดีแล้วสามารถถูกแบ่งออกเป็นอันที่เป็นทฤษฎีบท (theorem) กับที่ไม่เป็นทฤษฎีบท

ในคณิตตรรกศาสตร์ ทฤษฎีรูปนัย (formal theory) คือชุดของประโยคในภาษารูปนัยภาษาหนึ่ง

ระบบรูปนัย (เรียกอีกอย่างว่า แคลคูลัสเชิงตรรกะ หรือ ระบบเชิงตรรกะ) ประกอบด้วยภาษารูปนัยพร้อมกับระบบนิรนัย (deductive system) ซึ่งอาจประกอบด้วยกฎการปริวรรต (rewriting) ชุดหนึ่งซึ่งสามารถถูกตีความเป็นกฎการอนุมานที่สมเหตุสมผลได้ หรือสัจพจน์ชุดหนึ่ง หรือทั้งสองอย่าง ระบบรูปนัยถูกใช้เพื่อสืบ (proof theory) นิพจน์หนึ่งมาจากนิพจน์อื่น ๆ เราสามารถระบุภาษารูปนัยภาษาหนึ่งได้ผ่านสูตรของมัน แต่เราไม่สามารถทำได้อย่างเดียวกันกับระบบรูปนัยผ่านทฤษฎีบทของมัน ระบบรูปนัยสองระบบ  และ  สามารถมีทฤษฎีบทที่เหมือนกันทั้งหมดได้ ถึงอย่างนั้นแล้วก็ยังต่างกันในแง่ทฤษฎีการพิสูจน์แง่ใดแง่หนึ่งอย่างมีนัยสำคัญ (เช่นสูตร A อาจเป็นผลพวงทางวากยสัมพันธ์ของสูตร B ในระบบหนึ่ง แต่ไม่ได้เป็นในอีกระบบหนึ่ง)

การพิสูจน์เชิงรูปนัย  หรือ การสืบสมุฏฐาน  เป็นลำดับจำกัดของสูตรที่จัดดีแล้ว (ซึ่งก็อาจตีความได้เป็นประโยค หรือประพจน์) ซึ่งแต่ละสูตรเป็นสัจพจน์ข้อหนึ่ง หรือตามจากสูตรที่มาก่อนในลำดับนั้นตามกฎการอนุมาน (rule of inference) ประโยคสุดท้ายในลำดับนั้นเป็นทฤษฎีบทของระบบรูปนัยระบบหนึ่ง การพิสูจน์เชิงรูปนัยนั้นมีประโยชน์เพราะทฤษฎีบทที่ได้มาสามารถตีความได้เป็นประพจน์จริง

 การตีความและตัวแบบ 

ภาษารูปนัยมีลักษณะเป็นวากยสัมพันธ์โดยสิ้นเชิง แต่ก็สามารถมีอรรถศาสตร์ที่ให้ความหมายกับส่วนประกอบต่าง ๆ ของภาษาได้ อาทิ ในคณิตตรรกศาสตร์ เซตของสูตรที่เป็นไปได้ของตรรกะชนิดหนึ่งคือภาษารูปนัย และการตีความรูปแบบหนึ่งจะให้ความหมายแก่สูตรแต่ละสูตร โดยทั่วไปเป็นค่าความจริง

อรรถศาสตร์รูปนัย (semantics of logic) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการตีความภาษารูปนัย ซึ่งมักถูกทำในแง่ของทฤษฎีตัวแบบในคณิตตรรกศาสตร์ พจน์ต่าง ๆ ที่มีอยู่ในสูตร ๆ หนึ่งนั้นถูกตีความเป็นวัตถุที่อยู่ภายในโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ (Structure (mathematical logic)) และกฎการตีความเชิงประกอบแบบถาวร (fixed compositional interpretation rule) จะตัดสินวิธีการที่จะสืบมาซึ่งค่าความจริงของสูตรหนึ่งจากการตีความพจน์ต่าง ๆ ของมัน ตัวแบบ ของสูตร ๆ หนึ่งหมายถึงรูปแบบของการตีความพจน์ต่าง ๆ ในสูตรที่จะทำให้สูตรนั้นเป็นจริง