Monoids with tests and the algebra of possibly non-halting programs

We study the algebraic theory of computable functions, which can be viewed as arising from possibly non-halting computer programs or algorithms, acting on some state space, equipped with operations of composition, if-then-else and while-do defined in terms of a Boolean algebra of conditions. It has previously been shown that there is no finite axiomatisation of algebras of partial functions under these operations alone, and this holds even if one restricts attention to transformations (representing halting programs) rather than partial functions, and omits while-do from the signature. In the halting case, there is a natural “fix”, which is to allow composition of halting programs with conditions, and then the resulting algebras admit a finite axiomatisation. In the current setting such compositions are not possible, but by extending the notion of if-then-else, we are able to give finite axiomatisations of the resulting algebras of (partial) functions, with while-do in the signature if the state space is assumed finite. The axiomatisations are extended to consider the partial predicate of equality. All algebras considered turn out to be enrichments of the notion of a (one-sided) restriction semigrou

Formalizing Hyperspaces for Extracting Efficient Exact Real Computation

We propose a framework for certified computation on hyperspaces by formalizing various higher-order data types and operations in a constructive dependent type theory. Our approach builds on our previous work on axiomatization of exact real computation where we formalize nondeterministic first-order partial computations over real and complex numbers. Based on the axiomatization, we first define open, closed, compact and overt subsets in an abstract topological way that allows short and elegant proofs with computational content coinciding with standard definitions in computable analysis. From these proofs we extract programs for testing inclusion, overlapping of sets, et cetera. To improve extracted programs, our framework specializes the Euclidean space ?^m making use of metric properties. To define interesting operations over hyperspaces of Euclidean space, we introduce a nondeterministic version of a continuity principle valid under the standard type-2 realizability interpretation. Instead of choosing one of the usual formulations, we define it in a way similar to an interval extension operator, which often is already available in exact real computation software. We prove that the operations on subsets preserve the encoding, and thereby define a small calculus to built new subsets from given ones, including limits of converging sequences with regards to the Hausdorff metric. From the proofs, we extract programs that generate drawings of subsets of ?^m with any given precision efficiently. As an application we provide a function that constructs fractals, such as the Sierpinski triangle, from iterated function systems using the limit operation, resulting in certified programs that errorlessly draw such fractals up to any desired resolution

Sistema de Inferencia Difusa basado en Relaciones Booleanas y Kleeneanas con Combinador Convexo

Context: In the design process of Fuzzy Inference Systems based on Boolean and Kleenean Relations (FIS-BKR) there is a dilemma choosing the regular kleenean extensions of a given boolean function. The set of possible kleenean extensions of a boolean function has a lattice structure under the usual partial order of functions. The fuzzy convex combination proposed by Zadeh guarantees some properties related to this order.Method: The addition of a convex combiner just before the defuzzifier offers a solution to the above situation. The ISE (Integral Squared Error) and ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) performance indexes were used on an application for tuning a liquid level control system.Results: The tuning process carried out on the FIS-BKR controller with fuzzy convex combiner using constant coefficients, implied an improvement of the controlled system up to 1.427% for ISE index and up to 21.99% for ITSE with respect to the extreme extensions.Conclusions: New evidence of convenient characteristics of FIS-BKR controllers with fuzzy convex combiner was presented when the performance indexes ISE and ITSE were evaluated. On the other hand, although in this work parameter tuning for convex combination was done by grid search (brute force), it would be interesting to study more effective optimization methods for this purpose.Contexto: En el proceso de diseño de sistemas de control difuso basados en relaciones booleanas o kleeneanas (FIS-BKR, por sus siglas en inglés) existe una clara disyuntiva a la hora de elegir las extensiones kleeneanas regulares de una función booleana dada. El conjunto de posibles extensiones kleeneanas de una función booleana tiene estructura reticular bajo el orden parcial usual de funciones. La combinación convexa difusa propuesta por Zadeh garantiza ciertas propiedades relacionadas con este orden.Método: La adición de un combinador convexo antes del defusificador ofrece una solución a esta situación. Los índices de desempeño ISE (Integral Squared Error) e ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) son usados en la sintonización de un sistema de control de nivel de líquido en un tanque cilíndrico.Resultados: El proceso de sintonización llevado a cabo en el controlador de nivel tipo FIS-BKR con combinador convexo difuso usando coeficientes constantes implicó una mejora en la respuesta del sistema controlado de hasta el 1.427% para el ISE y de hasta el 21.99% para el ITSE con respecto al desempeño de las extensiones extremas.Conclusiones: Se presentaron nuevas evidencias de las características favorables de controladores FISBKR con combinador convexo difuso cuando se evaluaron los ´índices de desempeño ISE e ITSE. Por otro lado, teniendo en cuenta que la sintonización de los parámetros de combinación convexa se realizó mediante búsqueda exhaustiva, como trabajo futuro valdría la pena explorar técnicas de optimización más eficientes.

Modal Kleene algebra and applications - a survey

Modal Kleene algebras are Kleene algebras with forward and backward modal operators defined via domain and codomain operations. They provide a concise and convenient algebraic framework that subsumes various other calculi and allows treating quite a variety of areas. We survey the basic theory and some prominent applications. These include, on the system semantics side, Hoare logic and PDL (Propositional Dynamic Logic), wp calculus and predicate transformer semantics, temporal logics and termination analysis of rewrite and state transition systems. On the derivation side we apply the framework to game analysis and greedy-like algorithms

Noncomparabilities & Non Standard Logics

Many normative theories set forth in the welfare economics, distributive justice and cognate literatures posit noncomparabilities or incommensurabilities between magnitudes of various kinds. In some cases these gaps are predicated on metaphysical claims, in others upon epistemic claims, and in still others upon political-moral claims. I show that in all such cases they are best given formal expression in nonstandard logics that reject bivalence, excluded middle, or both. I do so by reference to an illustrative case study: a contradiction known to beset John Rawls\u27s selection and characterization of primary goods as the proper distribuendum in any distributively just society. The contradiction is avoided only by reformulating Rawls\u27s claims in a nonstandard form, which form happens also to cohere quite attractively with Rawls\u27s intuitive argumentation on behalf of his claims

Noncomparabilities & Non Standard Logics

Many normative theories set forth in the welfare economics, distributive justice and cognate literatures posit noncomparabilities or incommensurabilities between magnitudes of various kinds. In some cases these gaps are predicated on metaphysical claims, in others upon epistemic claims, and in still others upon political-moral claims. I show that in all such cases they are best given formal expression in nonstandard logics that reject bivalence, excluded middle, or both. I do so by reference to an illustrative case study: a contradiction known to beset John Rawls\u27s selection and characterization of primary goods as the proper distribuendum in any distributively just society. The contradiction is avoided only by reformulating Rawls\u27s claims in a nonstandard form, which form happens also to cohere quite attractively with Rawls\u27s intuitive argumentation on behalf of his claims

Kleene algebra with domain

We propose Kleene algebra with domain (KAD), an extension of Kleene algebra with two equational axioms for a domain and a codomain operation, respectively. KAD considerably augments the expressiveness of Kleene algebra, in particular for the specification and analysis of state transition systems. We develop the basic calculus, discuss some related theories and present the most important models of KAD. We demonstrate applicability by two examples: First, an algebraic reconstruction of Noethericity and well-foundedness; second, an algebraic reconstruction of propositional Hoare logic.Comment: 40 page

Totuus, todistettavuus ja gödeliläiset argumentit : Tarskilaisen totuuden puolustus matematiikassa

Eräs tärkeimmistä kysymyksistä matematiikanfilosofiassa on totuuden ja formaalin todistettavuuden välinen suhde. Kantaa, jonka mukaan nämä kaksi käsitettä ovat yksi ja sama, kutsutaan deflationismiksi, ja vastakkaista näkökulmaa substantialismiksi. Ensimmäisessä epätäydellisyyslauseessaan Kurt Gödel todisti, että kaikki ristiriidattomat ja aritmetiikan sisältävät formaalit systeemit sisältävät lauseita, joita ei voida sen enempää todistaa kuin osoittaa epätosiksi kyseisen systeemin sisällä. Tällaiset Gödel-lauseet voidaan kuitenkin osoittaa tosiksi, jos laajennamme formaalia systeemiä Alfred Tarskin semanttisella totuusteorialla, kuten Stewart Shapiro ja Jeffrey Ketland ovat näyttäneet semanttisissa argumenteissaan substantialismin puolesta. Heidän mukaansa Gödel-lauseet ovat eksplisiittinen tapaus todesta lauseesta, jota ei voida todistaa, ja siten deflationismi on kumottu. Tätä vastaan Neil Tennant on näyttänyt, että tarskilaisen totuuden sijaan voimme laajentaa formaalia systeemiä ns. pätevyysperiaatteella, jonka mukaan kaikki todistettavat lauseet ovat ”väitettävissä”, ja josta seuraa myös Gödel-lauseiden väitettävyys. Relevantti kysymys ei siis ole se pystytäänkö Gödel-lauseiden totuus osoittamaan, vaan se onko tarskilainen totuus hyväksyttävämpi laajennus kuin pätevyysperiaate. Tässä työssä väitän, että tätä ongelmaa on paras lähestyä ajattelemalla matematiikkaa ilmiönä, joka on laajempi kuin pelkästään formaalit systeemit. Kun otamme huomioon esiformaalin matemaattisen ajattelun, huomaamme että tarskilainen totuus ei itse asiassa ole laajennus lainkaan. Väitän, että totuus on esiformaalissa matematiikassa sitä mitä todistettavuus on formaalissa, ja tarskilainen semanttinen totuuskäsitys kuvaa tätä suhdetta tarkasti. Deflationisti voi kuitenkin argumentoida, että vaikka esiformaali matematiikka on olemassa, voi se silti olla filosofisesti merkityksetöntä mikäli se ei viittaa mihinkään objektiiviseen. Tätä vastaan väitän, että kaikki todella deflationistiset teoriat johtavat matematiikan mielivaltaisuuteen. Kaikissa muissa matematiikanfilosofisissa teorioissa on tilaa objektiiviselle viittaukselle, ja laajennus tarskilaiseen totuuteen voidaan tehdä luonnollisesti. Väitän siis, että mikäli matematiikan mielivaltaisuus hylätään, täytyy hyväksyä totuuden substantiaalisuus. Muita tähän liittyviä aiheita, kuten uusfregeläisyyttä, käsitellään myös tässä työssä, eikä niiden todeta poistavan tarvetta tarskilaiselle totuudelle. Ainoa jäljelle jäävä mahdollisuus deflationistille on vaihtaa logiikkaa niin, että formaalit kielet voivat sisältää omat totuuspredikaattinsa. Tarski osoitti tämän mahdottomaksi klassisille ensimmäisen kertaluvun kielille, mutta muilla logiikoilla ei välttämättä olisi lainkaan tarvetta laajentaa formaaleja systeemejä, ja yllä esitetty argumentti ei pätisi. Vaihtoehtoisista tavoista keskityn tässä työssä eniten Jaakko Hintikan ja Gabriel Sandun ”riippumattomuusystävälliseen” IF-logiikkaan. Hintikka on väittänyt, että IF-kieli voi sisältää oman adekvaatin totuuspredikaattinsa. Väitän kuitenkin, että vaikka tämä onkin totta, tätä predikaattia ei voida tunnistaa totuuspredikaatiksi saman IF-kielen sisäisesti, ja siten tarve tarskilaiselle totuudelle säilyy. IF-logiikan lisäksi myös toisen kertaluvun klassinen logiikka ja Saul Kripken käyttämä Kleenen logiikka epäonnistuvat samalla tavalla

Semiannual progress report no. 1, 16 November 1964 - 30 June 1965

Summary reports of research in bioelectronics, electron streams and interactions, plasmas, quantum and optical electronics, radiation and propagation, and solid-state electronic