More Related Content Similar to Bounded arithmetic in free logic Similar to Bounded arithmetic in free logic (20) More from Yamagata Yoriyuki More from Yamagata Yoriyuki (10) Bounded arithmetic in free logic2. Results
โข Define ๐2 ๐ธ, bounded arithmetic in free logic
๐
โข โBootstrappingโ ๐2๐ ๐ธ
โข Prove ๐-consistency of ๐2 ๐ธ in ๐2
โ1 ๐
4. Agenda
โข System ๐ธ
๐2๐
โข Bounded arithmetic and complexity
โข Consistency proof of ๐2 ๐ธ
โ1
6. PH and Bussโs theories ๐2๐
๐2 ฮฃ2
3 ๐
โฆ
โฆ
๐2
2
NP
โ
โ
๐2
1
๐
โ
โ
7. PH and Bussโs theories ๐2๐
๐2
3
โข Tot(๐) ๐โ ๐ ฮฃ2
๐
โฆ
โฆ
๐2
2
๐ ๐๐
โ
โ
๐2
1
๐
โ
โ
10. Separation of ๐2๐
Problem
โข No truth definition
โข No valuation of terms
In ๐2 world, terms do not have values a priori.
๐
โข E.g. 2#2#2#2#2#...#2
โข the predicate ๐ธ signifies the existence of a value
โข We must prove the existence of values in proofs.
12. Language
โข =, โค, ๐ธ
Predicates
Function symbols
โข Finite number of polynomial functions
Formulas
โข ๐ด โจ ๐ต, ๐ด โง ๐ต
โข Atomic formula, negated atomic formula
โข Bounded quantifiers
13. E-axioms
โข ๐ธ๐ธ ๐1 , โฆ , ๐ ๐ โ ๐ธ๐ ๐
โข ๐1 = ๐2 โ ๐ธ๐ ๐
โข ๐1 โ ๐2 โ ๐ธ๐ ๐
โข ๐1 โค ๐2 โ ๐ธ๐ ๐
โข ยฌ๐1 โค ๐2 โ ๐ธ๐ ๐
15. Data axioms
โข โ ๐ธ๐ธ
โข ๐ธ๐ธ โ ๐ธ๐ 0 ๐
โข ๐ธ๐ธ โ ๐ธ๐ 1 ๐
16. Defining axioms
๐ ๐ข ๐1 , ๐2 , โฆ , ๐ ๐ = ๐ก(๐1 , โฆ , ๐ ๐ )
๐ข ๐ = 0, ๐, ๐ 0 ๐, ๐ 1 ๐
๐ธ๐1 , โฆ , ๐ธ๐ ๐ , ๐ธ๐ธ ๐1 , โฆ , ๐ ๐ โ
๐ ๐ข ๐1 , ๐2 , โฆ , ๐ ๐ = ๐ก(๐1 , โฆ , ๐ ๐ )
17. Auxiliary axioms
๐ = ๐ โ ๐#๐ = ๐#๐
๐ธ๐ธ#๐, ๐ธ๐ธ#๐, ๐ = |๐| โ ๐#๐ = ๐#๐
19. Bootstrapping ๐2๐
๐ธ
I. ๐2 ๐ธ โข Tot(๐) for any ๐, ๐ โฅ 0
๐
II. ๐2 ๐ธ โข BASICโ , equality axioms
๐ โ
III. ๐2 ๐ธ โข predicate logic
๐ โ
IV. ๐2๐
๐ธโข ฮฃ๐๐
โPINDโ
21. Valuation trees
ฯ-valuation tree bounded by 19
ฯ(a)=2, ฯ(b)=3
a=2
a#a=16 b=3
๐ฃ ๐#๐ + ๐ , ๐ โ19 19
a#a+b=19
๐ฃ ๐ก , ๐ โ ๐ข ๐ is ฮฃ1๐
22. Bounded truth definition (1)
โข ๐ ๐ข, ๐ก1 = ๐ก2 , ๐ โdef
โ๐ โค ๐ข, ๐ฃ ๐ก1 , ๐ โ ๐ข ๐ โง ๐ฃ ๐ก1 , ๐ โ ๐ข ๐
โข ๐ ๐ข, ๐1 โง ๐2 , ๐ โdef
๐ ๐ข, ๐1 , ๐ โง ๐ ๐ข, ๐2 , ๐
โข ๐ ๐ข, ๐1 โจ ๐2 , ๐ โdef
๐ ๐ข, ๐1 , ๐ โจ ๐ ๐ข, ๐2 , ๐
23. Bounded truth definition (2)
โข ๐ ๐ข, โ๐ฅ โค ๐ก, ๐(๐ฅ) , ๐ โdef
โ๐ โค ๐ข, ๐ฃ ๐ก , ๐ โ ๐ข ๐ โง
โ๐ โค ๐, ๐ ๐ข, ๐ ๐ฅ , ๐ ๐ฅ โฆ ๐
โข ๐ ๐ข, โ๐ฅ โค ๐ก, ๐(๐ฅ) , ๐ โdef
โ๐ โค ๐ข, ๐ฃ ๐ก , ๐ โ ๐ข ๐ โง
โ๐ โค ๐, ๐(๐ข, ๐ ๐ฅ , ๐[๐ฅ โฆ ๐])
Remark: If ๐ is ฮฃ ๐๐ , ๐ is ฮฃ ๐+1
๐
24. induction hypothesis
๐ข: enough large integer
๐: node of a proof of 0=1
ฮ ๐ โ ฮ ๐ : the sequent of node ๐
๐: assignment ๐ ๐ โค ๐ข
โ๐ขโฒ โค ๐ข โ ๐, { โ๐ด โ ฮ ๐ ๐ ๐ขโฒ , ๐ด , ๐ โ
[โ๐ต โ ฮr , ๐(๐ขโฒ โ ๐, ๐ต , ๐)]}
26. Conjecture
โข ๐2 ๐ธ is weak enough
๐
โ ๐2 can prove ๐-consistency of ๐2 ๐ธ
๐+2 โ1
โข While ๐2 ๐ธ is strong enough
๐
โ ๐2 ๐ธ can interpret ๐2
๐ ๐
๐2 ๐ธ is a good candidate to separate ๐2 and ๐2 .
โข Conjecture
โ1 ๐ ๐+2
27. Future works
๐2 โข ๐โCon(๐2 ๐ธ)?
๐ โ1
โข Long-term goal
โ Simplify ๐2 ๐ธ
โข Short-term goal
๐