वेक्टर तर्क

वेक्टर तर्क मैट्रिक्स (गणित) पर आधारित प्रारंभिक तर्क का एक बीजगणितीय गणितीय मॉडल है। सदिश तर्क मानता है कि सत्य मान वेक्टर (गणित और भौतिकी) पर मैप करता है, और यह कि मोनाडिक विधेय कलन और बाइनरी फ़ंक्शन संचालन मैट्रिक्स ऑपरेटरों द्वारा निष्पादित किए जाते हैं। सदिश स्थान के रूप में शास्त्रीय प्रस्तावपरक तर्क के प्रतिनिधित्व को संदर्भित करने के लिए सदिश तर्क का भी उपयोग किया गया है, जिसमें इकाई वैक्टर प्रस्तावक चर हैं। विधेय तर्क को उसी प्रकार के सदिश स्थान के रूप में दर्शाया जा सकता है जिसमें अक्ष विधेय अक्षरों का प्रतिनिधित्व करते हैं $S$ और $P$. प्रस्तावपरक तर्क के लिए सदिश स्थान में मूल असत्य, F का प्रतिनिधित्व करता है, और अनंत परिधि सत्य, T का प्रतिनिधित्व करती है, जबकि विधेय तर्क के लिए स्थान में मूल कुछ भी नहीं दर्शाता है और परिधि कुछ भी नहीं, या कुछ से उड़ान का प्रतिनिधित्व करती है।

सिंहावलोकन

क्लासिक ट्रुथ वैल्यू#क्लासिकल लॉजिक लॉजिक को एक (मोनैडिक) या दो (डाइडिक) वेरिएबल्स के आधार पर गणितीय कार्यों के एक छोटे सेट द्वारा दर्शाया जाता है। बाइनरी सेट में, मान 1 True (तर्क) और मान 0 से False (तर्क) से मेल खाता है। एक दो-मूल्यवान सदिश तर्क के लिए सत्य-मूल्य सत्य (टी) और असत्य (एफ) और दो क्यू-आयामी सामान्यीकृत वास्तविक संख्या-मूल्यवान स्तंभ वैक्टर एस और एन के बीच एक पत्राचार की आवश्यकता होती है, इसलिए:

$t\mapsto s$और$f\mapsto n$

(कहाँ $q\geq 2$ एक स्वेच्छ प्राकृतिक संख्या है, और सामान्यीकृत का अर्थ है कि वेक्टर का यूक्लिडियन मानदंड 1 है; आमतौर पर एस और एन ऑर्थोगोनल वैक्टर हैं)। यह पत्राचार सदिश सत्य-मानों का एक स्थान उत्पन्न करता है: V₂= {एस, एन}। वैक्टर के इस सेट का उपयोग करके परिभाषित बुनियादी लॉजिकल ऑपरेशंस मैट्रिक्स ऑपरेटरों की ओर ले जाते हैं।

वेक्टर तर्क के संचालन क्यू-आयामी कॉलम वैक्टर के बीच स्केलर उत्पाद पर आधारित होते हैं: $u^{T}v=\langle u,v\rangle$: सदिशों s और n के बीच ऑर्थोनॉर्मलिटी का तात्पर्य है कि $\langle u,v\rangle =1$ अगर $u=v$, और $\langle u,v\rangle =0$ अगर $u\neq v$, कहाँ $u,v\in \{s,n\}$.

मोनाडिक ऑपरेटर

मोनडिक ऑपरेटरों का परिणाम आवेदन से होता है $Mon:V_{2}\to V_{2}$, और संबद्ध आव्यूहों में q पंक्तियाँ और q स्तंभ हैं। इस दो-मूल्यवान वेक्टर लॉजिक के लिए दो बुनियादी मोनैडिक ऑपरेटर पहचान समारोह और तार्किक निषेध हैं:

• 'पहचान': एक तार्किक पहचान आईडी (पी) मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया गया है $I=ss^{T}+nn^{T}$. यह मैट्रिक्स निम्नानुसार संचालित होता है: आईपी = पी, पी ∈ वी₂; n के संबंध में s की ओर्थोगोनलिटी के कारण, हमारे पास है $Is=ss^{T}s+nn^{T}s=s\langle s,s\rangle +n\langle n,s\rangle =s$, और इसी तरह $In=n$. यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह सदिश तर्क पहचान मैट्रिक्स आम तौर पर मैट्रिक्स बीजगणित के अर्थ में एक पहचान मैट्रिक्स नहीं है।
• निषेध: एक तार्किक निषेध ¬p मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया गया है $N=ns^{T}+sn^{T}$ नतीजतन, एनएस = एन और एनएन = एस। तार्किक निषेध का समावेशन (गणित) व्यवहार, अर्थात् ¬(¬p) p के बराबर है, इस तथ्य से मेल खाता है कि N^{2</सुप> = मैं।}

डायाडिक ऑपरेटर

16 दो-मूल्यवान डायाडिक ऑपरेटर प्रकार के कार्यों के अनुरूप हैं $Dyad:V_{2}\otimes V_{2}\to V_{2}$; डायाडिक मैट्रिसेस में क्यू है² पंक्तियाँ और q कॉलम। मैट्रिसेस जो इन डायाडिक ऑपरेशंस को अंजाम देते हैं, क्रोनकर उत्पाद के गुणों पर आधारित होते हैं। सदिश तर्क की औपचारिकता के लिए इस उत्पाद के दो गुण आवश्यक हैं:

1. The mixed-product property

   If A, B, C and D are matrices of such size that one can form the matrix products AC and BD, then

   $(A\otimes B)(C\otimes D)=AC\otimes BD$

2. Distributive transpose The operation of transposition is distributive over the Kronecker product:
   $(A\otimes B)^{T}=A^{T}\otimes B^{T}.$

इन गुणों का उपयोग करते हुए, द्विअर्थी तर्क कार्यों के लिए व्यंजक प्राप्त किए जा सकते हैं:

• ∧। संयोजन (p∧q) एक मैट्रिक्स द्वारा निष्पादित किया जाता है जो दो वेक्टर सत्य-मानों पर कार्य करता है: $C(u\otimes v)$ यह मैट्रिक्स शास्त्रीय संयोजन सत्य-तालिका की विशेषताओं को इसके निर्माण में पुन: प्रस्तुत करता है:

$C=s(s\otimes s)^{T}+n(s\otimes n)^{T}+n(n\otimes s)^{T}+n(n\otimes n)^{T}$

और सत्यापित करता है

$C(s\otimes s)=s,$ और

$C(s\otimes n)=C(n\otimes s)=C(n\otimes n)=n.$

• ∨. संयोजन (p∨q) मैट्रिक्स द्वारा निष्पादित किया जाता है

$D=s(s\otimes s)^{T}+s(s\otimes n)^{T}+s(n\otimes s)^{T}+n(n\otimes n)^{T},$ जिसके परिणामस्वरूप

$D(s\otimes s)=D(s\otimes n)=D(n\otimes s)=s$ और

$D(n\otimes n)=n.$

• तार्किक निहितार्थ। निहितार्थ शास्त्रीय तर्क में अभिव्यक्ति p → q ≡ ¬p ∨ q के अनुरूप है। इस तुल्यता का सदिश तर्क संस्करण एक मैट्रिक्स की ओर जाता है जो सदिश तर्क में इस निहितार्थ का प्रतिनिधित्व करता है: $L=D(N\otimes I)$. इस निहितार्थ के लिए स्पष्ट अभिव्यक्ति है:

$L=s(s\otimes s)^{T}+n(s\otimes n)^{T}+s(n\otimes s)^{T}+s(n\otimes n)^{T},$

और शास्त्रीय निहितार्थ के गुण संतुष्ट हैं:

$L(s\otimes s)=L(n\otimes s)=L(n\otimes n)=s$ और

$L(s\otimes n)=n.$

• तार्किक तुल्यता और अनन्य या। सदिश तर्क में तुल्यता p≡q निम्नलिखित मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया गया है:

$E=s(s\otimes s)^{T}+n(s\otimes n)^{T}+n(n\otimes s)^{T}+s(n\otimes n)^{T}$ साथ

$E(s\otimes s)=E(n\otimes n)=s$ और

$E(s\otimes n)=E(n\otimes s)=n.$

अनन्य या तुल्यता का निषेध है, ¬(p≡q); यह मैट्रिक्स से मेल खाता है $X=NE$ द्वारा दिए गए

$X=n(s\otimes s)^{T}+s(s\otimes n)^{T}+s(n\otimes s)^{T}+n(n\otimes n)^{T},$

साथ $X(s\otimes s)=X(n\otimes n)=n$ और

$X(s\otimes n)=X(n\otimes s)=s.$

• शेफर लाइन और पियर्स तीर

मेट्रिसेस S और P क्रमशः शेफर स्ट्रोक (NAND) और लॉजिकल NOR (NOR) संचालन के अनुरूप हैं:

$S=NC$ ::$P=ND$

संख्यात्मक उदाहरण

यहां एस और एन के लिए 2-आयामी ऑर्थोनॉर्मल वैक्टर के दो अलग-अलग सेटों के लिए मेट्रिसेस के रूप में लागू किए गए कुछ बुनियादी तार्किक गेट्स के संख्यात्मक उदाहरण हैं।

'सेट 1':

$$s={\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}}\quad n={\begin{bmatrix}0\\1\end{bmatrix}}$$

इस मामले में पहचान और निषेध संचालक पहचान और विरोधी विकर्ण पहचान मैट्रिसेस हैं:,

$$I={\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}},\quad N={\begin{bmatrix}0&1\\1&0\end{bmatrix}}$$

और संयुग्मन, वियोग और निहितार्थ के लिए मैट्रिसेस हैं

$$C={\begin{bmatrix}1&0&0&0\\0&1&1&1\end{bmatrix}},\quad D={\begin{bmatrix}1&1&1&0\\0&0&0&1\end{bmatrix}},\quad L={\begin{bmatrix}1&0&1&1\\0&1&0&0\end{bmatrix}}$$

क्रमश।

सेट 2:

$$s={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{bmatrix}1\\1\end{bmatrix}}\quad n={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{bmatrix}1\\-1\end{bmatrix}}$$

यहां पहचान ऑपरेटर पहचान मैट्रिक्स है, लेकिन नकारात्मक ऑपरेटर अब विरोधी-विकर्ण पहचान मैट्रिक्स नहीं है:

$$I={\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}},\quad N={\begin{bmatrix}1&0\\0&-1\end{bmatrix}}$$

संयोजन, वियोग और निहितार्थ के लिए परिणामी मैट्रिसेस हैं:

$$C={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{bmatrix}2&0&0&0\\-1&1&1&1\end{bmatrix}},\quad D={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{bmatrix}2&0&0&0\\1&1&1&-1\end{bmatrix}},\quad L={\begin{bmatrix}2&0&0&0\\1&1&-1&1\end{bmatrix}}$$

क्रमश।

डी मॉर्गन का कानून

दो-मूल्यवान तर्क में, संयोजन और संयोजन संचालन डी मॉर्गन के नियमों को संतुष्ट करते हैं | क्यू))। दो-मूल्यवान सदिश तर्क के लिए यह कानून भी सत्यापित है:

$C(u\otimes v)=ND(Nu\otimes Nv)$, जहाँ u और v दो तार्किक सदिश हैं।

क्रोनकर उत्पाद का तात्पर्य निम्नलिखित गुणनखंड से है:

$C(u\otimes v)=ND(N\otimes N)(u\otimes v).$

फिर यह साबित किया जा सकता है कि द्वि-आयामी वेक्टर तर्क में डी मॉर्गन का कानून ऑपरेटरों से जुड़ा कानून है, न कि केवल संचालन से संबंधित कानून:

$C=ND(N\otimes N)$

विरोधाभास का नियम

शास्त्रीय तर्कवाक्य कलन में, विरोधाभास (पारंपरिक तर्क) p → q ≡ ¬q → ¬p सिद्ध होता है क्योंकि समानता p और q के सत्य-मानों के सभी संभावित संयोजनों के लिए होती है। इसके बजाय, सदिश तर्क में, विरोधाभास का कानून मैट्रिक्स बीजगणित और क्रोनकर उत्पादों के नियमों के भीतर समानता की एक श्रृंखला से उभरता है, जैसा कि निम्न में दिखाया गया है:

$L(u\otimes v)=D(N\otimes I)(u\otimes v)=D(Nu\otimes v)=D(Nu\otimes NNv)=$

$D(NNv\otimes Nu)=D(N\otimes I)(Nv\otimes Nu)=L(Nv\otimes Nu)$

यह परिणाम इस तथ्य पर आधारित है कि डी, संयोजन मैट्रिक्स, एक कम्यूटेटिव ऑपरेशन का प्रतिनिधित्व करता है।

बहु-मूल्यवान द्वि-आयामी तर्क

कई-मूल्यवान तर्क कई शोधकर्ताओं द्वारा विकसित किए गए थे, विशेष रूप से जन लुकासिविक्ज़ द्वारा और तार्किक संचालन को सत्य-मूल्यों तक विस्तारित करने की अनुमति देता है जिसमें अनिश्चितताएं शामिल हैं। दो-मूल्यवान सदिश तर्क के मामले में, सत्य मानों में अनिश्चितताओं को संभाव्यताओं द्वारा भारित s और n वाले सदिशों का उपयोग करके पेश किया जा सकता है।

होने देना $f=\epsilon s+\delta n$, साथ $\epsilon ,\delta \in [0,1],\epsilon +\delta =1$ इस तरह के संभाव्य वैक्टर बनें। यहाँ, तर्क के कई-मूल्यवान चरित्र को इनपुट में पेश की गई अनिश्चितताओं के माध्यम से एक प्राथमिकता और एक पोस्टरियरी पेश किया गया है।

वेक्टर आउटपुट के स्केलर अनुमान

इस बहु-मूल्यवान तर्क के आउटपुट को स्केलर कार्यों पर प्रक्षेपित किया जा सकता है और रीचेनबैक के बहु-मूल्यवान तर्क के साथ समानता के साथ संभाव्य तर्क का एक विशेष वर्ग उत्पन्न किया जा सकता है। दो वैक्टर दिए गए हैं $u=\alpha s+\beta n$ और $v=\alpha 's+\beta 'n$ और एक डायडिक लॉजिकल मैट्रिक्स $G$, सदिशों पर प्रक्षेपण द्वारा एक अदिश संभाव्य तर्क प्रदान किया जाता है:

$Val(\mathrm {scalars} )=s^{T}G(\mathrm {vectors} )$

यहाँ इन अनुमानों के मुख्य परिणाम हैं:

$NOT(\alpha )=s^{T}Nu=1-\alpha$

$OR(\alpha ,\alpha ')=s^{T}D(u\otimes v)=\alpha +\alpha '-\alpha \alpha '$

$AND(\alpha ,\alpha ')=s^{T}C(u\otimes v)=\alpha \alpha '$

$IMPL(\alpha ,\alpha ')=s^{T}L(u\otimes v)=1-\alpha (1-\alpha ')$

$XOR(\alpha ,\alpha ')=s^{T}X(u\otimes v)=\alpha +\alpha '-2\alpha \alpha '$

संबद्ध निषेध हैं:

$NOR(\alpha ,\alpha ')=1-OR(\alpha ,\alpha ')$

$NAND(\alpha ,\alpha ')=1-AND(\alpha ,\alpha ')$

$EQUI(\alpha ,\alpha ')=1-XOR(\alpha ,\alpha ')$

यदि स्केलर मान सेट {0, ½, 1} से संबंधित हैं, तो यह कई-मूल्यवान स्केलर तर्क कई ऑपरेटरों के लिए लगभग Łukasiewicz के 3-मूल्यवान तर्क के समान है। इसके अलावा, यह साबित हो गया है कि जब मोनडिक या डायाडिक ऑपरेटर इस सेट से संबंधित संभाव्य वैक्टर पर कार्य करते हैं, तो आउटपुट भी इस सेट का एक तत्व होता है।

NOT का वर्गमूल

यह ऑपरेटर मूल रूप से क्वांटम कम्प्यूटिंग के ढांचे में qubits के लिए परिभाषित किया गया था। सदिश तर्क में, इस ऑपरेटर को मनमाने ढंग से ऑर्थोनॉर्मल सत्य मानों के लिए बढ़ाया जा सकता है। वास्तव में, NOT के दो वर्गमूल हैं:

$A=({\sqrt {N}})_{1}={\frac {1}{2}}(1+i)I+{\frac {1}{2}}(1-i)N$, और

$B=({\sqrt {N}})_{2}={\frac {1}{2}}(1-i)I+{\frac {1}{2}}(1+i)N$,

साथ $i={\sqrt {-1}}$. $A$ और $B$ जटिल संयुग्म हैं: $B=A^{*}$, और ध्यान दें $A^{2}=B^{2}=N$, और $AB=BA=I$. एक और दिलचस्प बिंदु -1 के दो वर्गमूलों के साथ समानता है। सकारात्मक जड़ $+({\sqrt {-1}})$ से मेल खाती है $({\sqrt {N}})_{1}=IA$, और नकारात्मक जड़ $-({\sqrt {-1}})$ से मेल खाती है $({\sqrt {N}})_{2}=NA$; एक परिणाम के रूप में, $NA=B$.

इतिहास

तार्किक संचालन का प्रतिनिधित्व करने के लिए रैखिक बीजगणित का उपयोग करने के शुरुआती प्रयासों को चार्ल्स सैंडर्स पियर्स और इरविंग कोपी के लिए संदर्भित किया जा सकता है, विशेष रूप से तार्किक मैट्रिक्स के उपयोग में बीजगणितीय तर्क # संबंधों की गणना की व्याख्या करने के लिए।

उच्च-आयामी मैट्रिसेस और वैक्टर के उपयोग के आधार पर तंत्रिका नेटवर्क मॉडल में दृष्टिकोण को प्रेरित किया गया है। वेक्टर लॉजिक शास्त्रीय बूलियन बीजगणित के मैट्रिक्स-वेक्टर औपचारिकता में सीधा अनुवाद है। इस तरह की औपचारिकता जटिल संख्याओं के संदर्भ में अस्पष्ट तर्क विकसित करने के लिए लागू की गई है। तार्किक कलन के अन्य मैट्रिक्स और वेक्टर दृष्टिकोण क्वांटम भौतिकी, कंप्यूटर विज्ञान और प्रकाशिकी के ढांचे में विकसित किए गए हैं। भारतीय लोग बायोफिजिसिस्ट जी.एन. रामचंद्रन ने सैयद और सप्तभंगी के रूप में ज्ञात शास्त्रीय जैन सात-मूल्य तर्क के कई कार्यों का प्रतिनिधित्व करने के लिए बीजगणितीय मैट्रिसेस और वैक्टर का उपयोग करके एक औपचारिकता विकसित की; भारतीय तर्क देखें। इसे एक प्रस्ताव में प्रत्येक अभिकथन के लिए स्वतंत्र सकारात्मक साक्ष्य की आवश्यकता होती है, और यह द्विआधारी पूरकता के लिए धारणा नहीं बनाता है।

बूलियन बहुपद

जॉर्ज बूले ने बहुपदों के रूप में तार्किक संक्रियाओं के विकास की स्थापना की।मोनडिक ऑपरेटरों के मामले में (जैसे पहचान समारोह या तार्किक निषेध), बूलियन बहुपद इस प्रकार दिखते हैं:

$f(x)=f(1)x+f(0)(1-x)$

चार अलग-अलग मोनैडिक ऑपरेशन गुणांक के लिए अलग-अलग बाइनरी मानों से उत्पन्न होते हैं। आइडेंटिटी ऑपरेशन के लिए f(1) = 1 और f(0) = 0 की आवश्यकता होती है, और f(1) = 0 और f(0) = 1 होने पर निषेध होता है। 16 डायाडिक ऑपरेटरों के लिए, बूलियन बहुपद इस रूप में हैं:

$f(x,y)=f(1,1)xy+f(1,0)x(1-y)+f(0,1)(1-x)y+f(0,0)(1-x)(1-y)$

डाइएडिक ऑपरेशन्स को इस बहुपद प्रारूप में अनुवादित किया जा सकता है जब गुणांक f संबंधित सत्य तालिकाओं में दर्शाए गए मानों को लेते हैं। उदाहरण के लिए: शेफ़र स्ट्रोक ऑपरेशन के लिए आवश्यक है कि:

$f(1,1)=0$ और $f(1,0)=f(0,1)=f(0,0)=1$.

इन बूलियन बहुपदों को तत्काल किसी भी संख्या में चरों तक बढ़ाया जा सकता है, जिससे तार्किक ऑपरेटरों की एक बड़ी संभावित विविधता उत्पन्न होती है। वेक्टर लॉजिक में, तार्किक ऑपरेटरों की मैट्रिक्स-वेक्टर संरचना इन बूलियन बहुपदों के रैखिक बीजगणित के प्रारूप का एक सटीक अनुवाद है, जहां x और 1−x क्रमशः वैक्टर s और n के अनुरूप होते हैं (y और 1−y के लिए समान) ). नंद के उदाहरण में, f(1,1)=n और f(1,0)=f(0,1)=f(0,0)=s और मैट्रिक्स संस्करण बन जाता है:

$S=n(s\otimes s)^{T}+s[(s\otimes n)^{T}+(n\otimes s)^{T}+(n\otimes n)^{T}]$

एक्सटेंशन

• वेक्टर तर्क को कई सत्य मानों को शामिल करने के लिए बढ़ाया जा सकता है क्योंकि बड़े-आयामी वेक्टर स्थान कई ऑर्थोगोनल सत्य मानों और संबंधित तार्किक आव्यूहों के निर्माण की अनुमति देते हैं।* कृत्रिम न्यूरॉन में प्रेरित पुनरावर्ती प्रक्रिया के साथ, इस संदर्भ में तार्किक तौर-तरीकों का पूरी तरह से प्रतिनिधित्व किया जा सकता है।
• तार्किक संगणनाओं के बारे में कुछ संज्ञानात्मक समस्याओं का इस औपचारिकता का उपयोग करके विश्लेषण किया जा सकता है, विशेष रूप से पुनरावर्ती निर्णयों में। शास्त्रीय प्रस्तावपरक कलन की कोई भी तार्किक अभिव्यक्ति स्वाभाविक रूप से एक वृक्ष संरचना द्वारा प्रस्तुत की जा सकती है।इस तथ्य को सदिश तर्क द्वारा बरकरार रखा गया है, और प्राकृतिक भाषाओं की शाखित संरचना की जांच में केंद्रित तंत्रिका मॉडल में आंशिक रूप से उपयोग किया गया है।
• फ्रेडकिन गेट के रूप में प्रतिवर्ती संचालन के माध्यम से गणना को वेक्टर लॉजिक में लागू किया जा सकता है। ऐसा कार्यान्वयन मैट्रिक्स ऑपरेटरों के लिए स्पष्ट अभिव्यक्ति प्रदान करता है जो गणना प्राप्त करने के लिए आवश्यक इनपुट प्रारूप और आउटपुट फ़िल्टरिंग का उत्पादन करता है।* वेक्टर तर्क के ऑपरेटर संरचना का उपयोग करके प्राथमिक सेलुलर automaton का विश्लेषण किया जा सकता है; यह विश्लेषण इसकी गतिशीलता को नियंत्रित करने वाले कानूनों के वर्णक्रमीय अपघटन की ओर ले जाता है।
• इसके अलावा, इस औपचारिकता के आधार पर, एक असतत अंतर और अभिन्न कलन विकसित किया गया है।

यह भी देखें

• बीजगणितीय तर्क
• बूलियन बीजगणित
• प्रस्तावक कलन
• क्वांटम तर्क
• जोनाथन वेस्टफाल