一元布尔代数

在抽象代数中,一元布尔代数是带有如下标识(signature)的代数结构

: 有型 ,

这里的 是布尔代数。

前缀一元算子 ∃ 指示存在量词,它满足恒等式:

∃0 = 0

xx

∃(x + y) = ∃x + ∃y

xy = ∃(xy).

xx 的“存在闭包”。对偶于 ∃ 的是一元算子 ∀,它是全称量词,定义为 ∀x := (∃x' )'。

一元布尔代数有对偶公式,取 ∀ 为原始,把 ∃ 定义为 ∃x := (∀x ' )' 。所以对偶的代数有标识 ,带有 是布尔代数。此外,∀ 满足上面恒等式的对偶版本:

∀1 = 1

xx

∀(xy) = ∀xy

x + ∀y = ∀(x + ∀y).

xx 的“全称闭包”。

讨论
一元布尔代数与拓扑学有重要联系。如果 ∀ 被解释为拓扑学的内部算子,上面的(1)-(3)公理加上公理 ∀(∀x) = ∀x 建成了内部代数的公理。但是 ∀(∀x) = ∀x 不能从 (1)-(4) 来证明。此外,一元布尔代数的另一个可供选择的公理化组成自(重解释的)内部代数的公理加上 ∀(∀x)' = (∀x)' (Halmos 1962: 22)。所以一元布尔代数是半单纯的内部/闭包代数使得:
*全称(对偶的存在)量词解释内部算子(闭包算子);
*所有开放(或闭合)元素也是闭开的。
一元布尔代数的更简洁的公理化是上述 (1) 和 (2) 加上 ∀(x∨∀y) = ∀x∨∀y (Halmos 1962: 21)。这个公理化模糊了与拓扑学的联系。

一元布尔代数形成了一个簇。它们对应一元谓词逻辑,而布尔代数对应于命题逻辑,而多元代数对应于一阶逻辑。Paul Halmos 在研究多元代数的时候发现了一元布尔代数;Halmos (1962) 再版了相关的论文。

一元布尔代数还与模态逻辑有重要联系。模态逻辑 S5,被看作 S4 中一个理论,是一元布尔代数的模型,如同模态逻辑 S4 是内部代数的模型。类似的,一元布尔代数为 S5 提供了代数语义。所以 S5-代数是一元布尔代数的同义词。

参见
*一元逻辑
*模态逻辑
*内部代数
*闭集

引用

  • Paul Halmos,1962. Algebraic Logic. New York: Chelsea.

——and Steven Givant, 1998. Logic as Algebra*. Mathematical Association of America.

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