منطق در علوم کامپیوتر چیست؟

منطق در علوم کامپیوتر چیست؟ در این مقاله قصد داریم به نقش متقابل منطق و علوم کامپیوتر در توسعه یکدیگر بپردازیم. با ما همراه باشید.

منطق سنتی و منطق مدرن

همه مردها فانی هستند. سقراط یک مرد است. بنابراین سقراط فانی است. استدلال‌های منطقی مانند این از دوران باستان مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. با این حال، در دهه‌های اخیر، تحقیقات در منطق به طور قابل توجهی تغییر مسیر داده است. چرا که علم کامپیوتر متولد شده است. موفقیت علوم کامپیوتر بدون پایه و اساس ارائه شده توسط منطق‌دانان غیرممکن می‌نماید.

هم‌چنین و به نوبه خود، علم کامپیوتر هم‌چنان به طرح سوالات جدید جالب توجهی ادامه می‌دهد که فقط منطق رسمی می‌تواند به آن‌ها پاسخ دهد. علوم کامپیوتر جانشین مدرن منطق نیست، بلکه این دو رشته دست در دست هم به پیشرفت خود ادامه می‌دهند.

محاسبه دستورالعمل‌های منطقی

نتیجه‌گیری‌های منطقی ساده مانند قیاس معروف سقراط در مورد مرگ‌ومیر برای ما ساده و آسان به نظر می‌رسد. اما منطق فقط بیان رسمی گزاره‌های بدیهی نیست. درست مانند ریاضیات، منطق به ما اجازه می‌دهد تا به طور دلخواه معادلات پیچیده بسازیم، محاسبات پیچیده را انجام دهیم، و جهان را تجزیه‌وتحلیل کنیم.

حتی قبل از ساخته‌شدن اولین دستگاه‌های محاسباتی الکترونیکی، تحقیقاتی در مورد احتمالات فرضی رایانه‌ها انجام شد: در دهه 1930، ریاضیدانانی هم‌چون آلن تورینگ و آلونزو چرچ طبقه‌ای از مسائل ریاضی را مشخص کردند که اصولاً قابل حل است.

ماشین تورینگ

تورینگ یک مدل ساده و جالب برای یک ماشین محاسبه پیشنهاد کرد. ماشین تورینگ، که روی یک نوار بسیار بلند حرکت می‌کند، اعداد را می‌خواند و آن‌ها را بر اساس مجموعه‌ای از قوانین تغییر می‌دهد.

چنین ماشینی را می‌توان با چرخ دنده‌های مکانیکی یا حتی لگو ساخت. اگرچه در عمل چنین ماشینی بسیار ناکارآمد است، اما می‌توان نشان داد که اصولاً هر محاسبه رایانه‌ای قابل تصوری را می‌توان با چنین دستگاه ساده‌ای انجام داد. با ماشین تورینگ، این امکان فراهم شد که به وضوح معنی “انجام محاسبات ریاضی” را تبیین کنیم.

پاسخ‌های غیر ممکن

تورینگ با استفاده از این مفهوم توانست نشان دهد که برخی از سؤالات هرگز توسط رایانه قابل پاسخ نیستند. برای مثال، برنامه رایانه‌ای که برنامه‌های دیگر را می‌خواند و سپس تصمیم می‌گیرد که آیا محاسباتش متوقف می‌شود یا به طور نامحدود ادامه می‌یابد، منطقاً غیرممکن است.

کاربرد منطق در علوم کامپیوتر

در این بخش، به برخی از کاربردهای منطق در علوم کامپیوتر خواهیم پرداخت.

برون‌نگری

پروفسور هلموت ویت از دانشگاه صنعتی وین می‌گوید: “امروزه بیشتر تحقیقات منطقی توسط دانشمندان کامپیوتر انجام می‌شود، نه ریاضیدانان. منطق در علوم کامپیوتر باید چندین وظیفه را انجام دهد. اول از همه، منطق ابزاری است که با آن برنامه‌های کامپیوتری می‌توانند جهان را توصیف کنند. منطق برای پایگاه‌های داده یا ایجاد هوش مصنوعی استفاده می‌شود.”

درون‌نگری

اما منطق فقط به کامپیوتر کمک نمی‌کند تا دنیا را ببیند، بلکه توانایی درون‌نگری را نیز فراهم می‌کند. کدهای کامپیوتری می‌توانند سایر کدهای کامپیوتری را بررسی کنند و به دنبال خطاهای منطقی بگردند. هلموت ویت در ادامه می‌گوید: “این شبیه به طرز فکر ما انسان‌ها است. ما به دنیای اطرافمان فکر می‌کنیم، اما می‌توانیم به خود و ذهن خود نیز فکر کنیم.”

کنترل کیفیت

کنترل‌های کیفیت بر اساس منطق کدهای کامپیوتری (تأیید، بررسی الگو) نقش مهمی برای صنعت و اقتصاد دارد. وقتی کاربر برنامه‌ای را آزمایش می‌کند و متوجه می‌شود که کار می‌کند، این کار به‌هیچ‌وجه تضمین نمی‌کند که برنامه بدون خطا باشد. سوال مهم این است: آیا کد به هر ورودی قابل تصور، در هر موقعیت منطقی ممکن، به درستی واکنش نشان می‌دهد؟ این کار را فقط می‌توان با یک برنامه خودکار تعیین کرد.

چنین کنترل قابل اعتمادی به ویژه برای کدهای مربوط به ایمنی مانند کنترل هواپیما بسیار مهم است. کنترل‌های منطقی هم‌چنین برای تولید تراشه‌های کامپیوتری ضروری هستند. تراشه‌ها امروزه به‌عنوان ابزار اصلی پشتیبانی از برنامه‌های رایانه‌ای شناخته می‌شوند، به مراتب بیش از این‌که به صورت فیزیکی ساخته شوند.

هیچ انسانی هرگز نمی‌تواند با دست تعیین کند که آیا تراشه واقعاً به یک موقعیت معین واکنش درستی نشان می‌دهد یا خیر. برنامه‌های کامپیوتری این وظیفه را انجام می‌دهند. آن‌ها با کنترل‌های منطقی خود امنیت ما را تضمین می‌کنند.

انواع منطق در علوم کامپیوتر

انواع مختلفی از منطق در رایانش وجود دارد، که به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

1. منطق گزاره‌ای: به قضایا یا گزاره‌هایی می‌پردازد که درست یا نادرست هستند.

2. منطق اسنادی: منطق گزاره‌های را با معرفی مسندها و کمّیت‌سنج‌ها بسط می‌دهد.

3. منطق مُدال: به مفاهیم وجوب و امکان می‌پردازد.

4. منطق فازی: یک نوع منطق است که با عدم قطعیت و ابهام سروکار دارد.

5. منطق زمانی: به مفهوم زمان و چگونگی تأثیر آن بر گزاره‌های منطقی می‌پردازد.

6. منطق توصیفی: نوعی منطق است که در بازنمایی و استدلال دانش به کار می‌رود.

7. منطق شهودی: یک نوع منطق است که قانون میانه حذف شده را رد می‌کند که می‌گوید هر گزاره باید درست یا نادرست باشد.

8. منطق خطی: نوعی منطق است که در علوم کامپیوتر برای مدلسازی منابع و استفاده از آن‌ها استفاده می‌شود.

بیشتر بخوانید: چند ریختی در علوم کامپیوتر چیست؟

جمع‌بندی و خلاصه

در این مقاله به این موضوع که منطق در علوم کامپیوتر چیست، اشاره کردیم. به نقش متقابل منطق و علوم کامپیوتر پرداختیم، و به تلاش‌های دانشمندانی هم‌چون آلن تورینگ در بسط و گسترش این مفاهیم اشاره کردیم. هم‌چنین به کاربرد منطق در علوم کامپیوتر اشاره کردیم. با تشکر از همراهی و مطالعه شما.