Программный инструмент, помогающий разрабатывать формальные доказательства посредством взаимодействия человека и машины.
В информатике и математической логике помощник по доказательству или интерактивный доказатель теорем — это программный инструмент, помогающий разрабатывать формальные доказательства с помощью человеко-машинного взаимодействия. Это включает в себя своего рода интерактивный редактор доказательств или другой интерфейс , с помощью которого человек может руководить поиском доказательств, детали которых хранятся в компьютере , а некоторые шаги предоставляются им .
Недавние усилия в этой области направлены на то, чтобы заставить эти инструменты использовать искусственный интеллект для автоматизации формализации обычной математики. [1]
Сравнение систем
ACL2 — язык программирования, логическая теория первого порядка и средство доказательства теорем (как с интерактивным, так и с автоматическим режимами) в традиции Бойера–Мура.
Coq – позволяет выражать математические утверждения, механически проверяет доказательства этих утверждений, помогает находить формальные доказательства и извлекает сертифицированную программу из конструктивного доказательства ее формальной спецификации.
HOL-доказательства теорем – семейство инструментов, в конечном счете полученных из LCF-доказательства теорем . В этих системах логическим ядром является библиотека их языка программирования. Теоремы представляют собой новые элементы языка и могут быть введены только с помощью «стратегий», которые гарантируют логическую корректность. Составление стратегий дает пользователям возможность создавать значимые доказательства с относительно небольшим количеством взаимодействий с системой. Члены семейства включают:
HOL Light – процветающий «минималистский форк». Основан на OCaml .
ProofPower – Был проприетарным, затем вернулся к открытому исходному коду. Основан на Standard ML .
IMPS, интерактивная система математических доказательств. [8]
Isabelle — интерактивный доказатель теорем, преемник HOL. Основная кодовая база лицензирована BSD, но дистрибутив Isabelle объединяет множество дополнительных инструментов с различными лицензиями.
TPS и ETPS – интерактивные средства доказательства теорем, также основанные на простом типизированном лямбда-исчислении, но основанные на независимой формулировке логической теории и независимой реализации.
Пользовательские интерфейсы
Популярным интерфейсом для помощников по проверке доказательств является Proof General на базе Emacs , разработанный в Эдинбургском университете .
Coq включает CoqIDE, основанный на OCaml/ Gtk . Isabelle включает Isabelle/jEdit, основанный на jEdit и инфраструктуре Isabelle/ Scala для обработки доказательств, ориентированных на документы. Совсем недавно были разработаны расширения Visual Studio Code для Coq, [9] Isabelle Макариусом Вензелем, [10] и для Lean 4 разработчиками leanprover. [11]
Степень формализации
Freek Wiedijk ведет рейтинг помощников по доказательству по количеству формализованных теорем из списка 100 известных теорем. По состоянию на сентябрь 2023 года только пять систем формализовали доказательства более 70% теорем, а именно Isabelle, HOL Light, Coq, Lean и Metamath. [12] [13]
Известные формализованные доказательства
Ниже приведен список примечательных доказательств, которые были формализованы в помощниках по доказательству.
^ Орнес, Стивен (27 августа 2020 г.). «Quanta Magazine – Насколько близки компьютеры к автоматизации математических рассуждений?».
^ Хант, Уоррен; Мэтт Кауфманн; Роберт Беллармин Круг; Дж. Мур; Эрик В. Смит (2005). "Мета-рассуждение в ACL2" (PDF) . Доказательство теорем в логике высшего порядка . Конспект лекций по информатике. Том 3603. С. 163–178. doi :10.1007/11541868_11. ISBN978-3-540-28372-0.
^ abc "agda/agda: Agda — язык программирования с зависимой типизацией / интерактивное средство доказательства теорем". GitHub . Получено 31 июля 2024 г. .
^ "Агда Вики" . Проверено 31 июля 2024 г.
^ Поиск "доказательства путем отражения": arXiv :1803.06547
^ "Lean 4 Releases Page". GitHub . Получено 15 октября 2023 г.
^ Фармер, Уильям М.; Гуттман, Джошуа Д.; Тайер, Ф. Хавьер (1993). «IMPS: интерактивная математическая система доказательства». Журнал автоматизированного рассуждения . 11 (2): 213–248. doi :10.1007/BF00881906. S2CID 3084322. Получено 22 января 2020 г.
^ "coq-community/vscoq". 29 июля 2024 г. – через GitHub.
^ Венцель, Макариус. "Изабель" . Получено 2 ноября 2019 г.
^ "VS Code Lean 4". GitHub . Получено 15 октября 2023 г. .
↑ Видейк, Фрик (15 сентября 2023 г.). «Формализация 100 теорем».
↑ Geuvers, Herman (февраль 2009 г.). «Proof assistants: History, ideas and future». Sādhanā . 34 (1): 3–25. doi : 10.1007/s12046-009-0001-5 . hdl : 2066/75958 . S2CID 14827467.
^ "Feit thomson proof in coq - Microsoft Research Inria Joint Centre". 2016-11-19. Архивировано из оригинала 2016-11-19 . Получено 2023-12-07 .
^ Ликата, Дэниел Р.; Шульман, Майкл (2013). «Вычисление фундаментальной группы окружности в теории гомотопических типов». 2013 28-й ежегодный симпозиум ACM/IEEE по логике в компьютерных науках. стр. 223–232. arXiv : 1301.3443 . doi :10.1109/lics.2013.28. ISBN978-1-4799-0413-6. S2CID 5661377 . Получено 2023-12-07 .
^ «Математическая задача, которая решалась 3500 лет, наконец-то получила решение». IFLScience . 2022-03-11 . Получено 2024-02-09 .
^ Сломан, Лейла (2023-12-06). «Команда математиков «А» доказывает критическую связь между сложением и множествами». Журнал Quanta . Получено 2023-12-07 .
^ "Мы доказали, что "BB(5) = 47,176,870"". The Busy Beaver Challenge . 2024-07-02 . Получено 2024-07-09 .
Ссылки
Барендрегт, Хенк ; Гейверс, Герман (2001). "18. Помощники доказательства, использующие системы зависимых типов" (PDF) . В Робинсоне, Алан JA; Воронков, Андрей (ред.). Справочник по автоматизированному рассуждению . Том 2. Elsevier. С. 1149–. ISBN 978-0-444-50812-6. Архивировано из оригинала (PDF) 27.07.2007.
Пфеннинг, Франк . "17. Логические структуры" (PDF) . Справочник, том 2, 2001. С. 1065–1148.
Пфеннинг, Франк (1996). «Практика логических структур». В Kirchner, H. (ред.). Деревья в алгебре и программировании – CAAP '96 . Конспект лекций по информатике. Том 1059. Springer. С. 119–134. doi :10.1007/3-540-61064-2_33. ISBN 3-540-61064-2.
Констебль, Роберт Л. (1998). "X. Типы в информатике, философии и логике". В Buss, SR (ред.). Справочник по теории доказательств . Исследования по логике. Т. 137. Elsevier. С. 683–786. ISBN 978-0-08-053318-6.
Видейк, Фрик (2005). «Семнадцать искателей мира» (PDF) . Университет Радбауд в Неймегене.
Внешние ссылки
Музей Доказательства Теорем
«Введение» в сертифицированное программирование с зависимыми типами .
Введение в Coq Proof Assistant (с общим введением в интерактивное доказательство теорем)
Интерактивное доказательство теорем для пользователей Agda
Список инструментов доказательства теорем
Каталоги
Цифровая математика по категориям: Тактические доказательства
Автоматизированные системы и группы вычетов
Системы доказательства теорем и автоматизированного рассуждения
База данных существующих механизированных систем рассуждений
NuPRL: Другие системы
"Specific Logical Frameworks and Implementations". Архивировано из оригинала 10 апреля 2022 г. Получено 15 февраля 2024 г.(Франк Пфеннинг).
DMOZ : Наука: Математика: Логика и основы: Вычислительная логика: Логические структуры