🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 04 — Matemática discreta para computación

083 — Lógica de predicados y cuantificadores

intermedio clase 3 de 20 4 horas demostración predicate_logic

Intercambiar dos cuantificadores cambia el significado de la afirmación.

Fórmulas

¬(∀x P(x)) ≡ ∃x ¬P(x)
∀x ∃y Q(x,y)   ≢   ∃y ∀x Q(x,y)

Desarrollo

La lógica de predicados añade a la proposicional la capacidad de hablar sobre objetos de un universo. ∀x P(x) afirma que P vale para todos; ∃x P(x), que vale para al menos uno. La negación intercambia los cuantificadores y niega el predicado, que es la forma general de la regla que la clase 019 aplicó al contraejemplo.

El punto delicado es el orden. ∀x ∃y (y > x) dice que para cada x existe alguien mayor —cierto en los naturales—. ∃y ∀x (y > x) dice que existe un número mayor que todos —falso—. Las mismas palabras en distinto orden afirman cosas distintas, y en un conjunto finito la segunda puede ser cierta mientras que en uno infinito no.

Esta distinción no es académica. La definición de límite —«para todo ε existe un δ»— tiene ese orden y no el contrario: δ puede depender de ε. La convergencia uniforme exige el orden inverso —«existe un δ que sirve para todo ε»— y por eso es una condición más fuerte. Toda la parte 07 se apoya en leer esos cuantificadores correctamente.

En teoría del aprendizaje (parte 17) los enunciados PAC tienen la misma estructura: para todo ε y δ, existe un tamaño muestral m tal que... Leer mal el orden convierte una garantía útil en una afirmación trivial o imposible.

Ejemplo trabajado

El orden de los cuantificadores en {1,...,6}.

Universo: {1, 2, 3, 4, 5, 6}

∀x par(x)   → Falso  (1 no es par)
∃x par(x)   → Verdadero

Negación: ¬(∀x par(x)) ≡ ∃x ¬par(x)  → Verdadero  ✓

∀x ∃y (y > x):  ¿para cada x hay alguien mayor?
  x=6 → no hay ninguno mayor en el universo → Falso

∃y ∀x (y > x):  ¿hay uno mayor que todos?
  ningún y supera a sí mismo → Falso

En ℕ (infinito): el primero sería Verdadero y el segundo Falso.
El orden importa.

Qué calcula el laboratorio

Cuantificadores: el orden cambia el significado.

python classes/part-04-matematica-discreta-para-computacion/083-logica-de-predicados-y-cuantificadores/lab.py
compmath run 083

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "universo": [
    1,
    2,
    3,
    4,
    5,
    6
  ],
  "∀x par(x)": false,
  "∃x par(x)": true,
  "negacion_de_∀_es_∃¬": true,
  "∀x∃y y>x": false,
  "∃y∀x y>x": false
}

Errores comunes

Dónde se usa

Definiciones de límite y continuidad, especificación formal de sistemas, cotas de aprendizaje PAC y verificación de programas.

Idea rectora de la parte

Un DAG sin orden topológico contiene un ciclo: es un diagnóstico, no un error.

Error a evitar

Asumir que un grafo dirigido es acíclico sin verificarlo.

Conexión con IA

Los grafos de cómputo, la búsqueda en árbol y las GNN son estructuras discretas; el conteo sostiene la probabilidad que después usa todo modelo generativo.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase