Saturation-based decision procedures for fixed domain and minimal model validity

Superposition is an established decision procedure for a variety of first-order logic theories represented by sets of clauses. A satisfiable theory, saturated by superposition, implicitly defines a minimal Herbrand model for the theory. This raises the question in how far superposition calculi can be employed for reasoning about such minimal models. This is indeed often possible when existential properties are considered. However, proving universal properties directly leads to a modification of the minimal model's termgenerated domain, as new Skolem functions are introduced. For many applications, this is not desired because it changes the problem. In this thesis, I propose the first superposition calculus that can explicitly represent existentially quantified variables and can thus compute with respect to a given fixed domain. It does not eliminate existential variables by Skolemization, but handles them using additional constraints with which each clause is annotated. This calculus is sound and refutationally complete in the limit for a fixed domain semantics. For saturated Horn theories and classes of positive formulas, the calculus is even complete for proving properties of the minimal model itself, going beyond the scope of known superpositionbased approaches. The calculus is applicable to every set of clauses with equality and does not rely on any syntactic restrictions of the input. Extensions of the calculus lead to various new decision procedures for minimal model validity. A main feature of these decision procedures is that even the validity of queries containing one quantifier alternation can be decided. In particular, I prove that the validity of any formula with at most one quantifier alternation is decidable in models represented by a finite set of atoms and that the validity of several classes of such formulas is decidable in models represented by so-called disjunctions of implicit generalizations. Moreover, I show that the decision of minimal model validity can be reduced to the superposition-based decision of first-order validity for models of a class of predicative Horn clauses where all function symbols are at most unary.Superposition ist eine bewährte Entscheidungsprozedur für eine Vielzahl von Theorien in Prädikatenlogik erster Stufe, die durch Klauseln repräsentiert sind. Eine erfüllbare und bezüglich Superposition saturierte Theorie definiert ein minimales Herbrand-Modell dieser Theorie. Dies wirft die Frage auf, inwiefern Superpositionskalküle zur Argumentation in solchen minimalen Modellen verwendet werden können. Das ist bei der Betrachtung existenziell quantifizierter Eigenschaften tatsächlich oft möglich. Die Analyseuniversell quantifizierter Eigenschaften führt jedoch unmittelbar zu einer Modifizierung der termgenerierten Domäne des minimalen Modells, da neue Skolemfunktionen eingeführt werden. Für viele Anwendungen ist dies unerwünscht, da es die Problemstellung verändert. In dieser Arbeit stelle ich den ersten Superpositionskalkül vor, der existenziell quantifizierte Variablen explizit darstellen und daher Berechnungen über einer gegebenen festen Domäne anstellen kann. In ihm werden existenziell quantifizierte Variablen nicht durch Skolemisierung eliminiert sondern mithilfe zusätzlicher Constraints gehandhabt, mit denen jede Klausel versehen wird. Dieser Kalkül ist korrekt und im Grenzwert widerspruchsvollständig für eine domänenspezifische Semantik. Für saturierte Horntheorien und Klassen positiver Formeln ist der Kalkül sogar korrekt für den Beweis von Eigenschaften des minimalen Modells selbst. Dies übersteigt die Möglichkeiten bisheriger superpositionsbasierter Ansätze. Der Kalkül ist auf beliebige Klauselmengen mit Gleichheit anwendbar und erlegt der Eingabe keine syntaktischen Beschränkungen auf. Erweiterungen des Kalküls führen zu verschiedenen neuen Entscheidungsverfahren für die Gültigkeit in minimalen Modellen. Ein Hauptmerkmal dieser Verfahren ist es, dass selbst die Gültigkeit von Anfragen entscheidbar ist, die einen Quantorenwechsel enthalten. Insbesondere beweise ich, dass die Gültigkeit jeder Formel mit höchstens einem Quantorenwechsel in durch endlich viele Atome repräsentierten Modellen entscheidbar ist, und gleiches gilt für die Gültigkeit mehrerer Klassen solcher Formeln in durch so genannte Disjunktionen impliziter Verallgemeinerungen repräsentieren Modellen. Außerdem zeige ich, dass für eine Klasse prädikativer Hornklauseln, bei denen alle vorkommenden Funktionssymbole maximal einstellig sind, die Entscheidbarkeit der Gültigkeit in minimalen Modellen auf superpositionsbasierte Entscheidbarkeit in Prädikatenlogik erster Stufe reduziert werden kann

Pseudo-contractions as Gentle Repairs

Updating a knowledge base to remove an unwanted consequence is a challenging task. Some of the original sentences must be either deleted or weakened in such a way that the sentence to be removed is no longer entailed by the resulting set. On the other hand, it is desirable that the existing knowledge be preserved as much as possible, minimising the loss of information. Several approaches to this problem can be found in the literature. In particular, when the knowledge is represented by an ontology, two different families of frameworks have been developed in the literature in the past decades with numerous ideas in common but with little interaction between the communities: applications of AGM-like Belief Change and justification-based Ontology Repair. In this paper, we investigate the relationship between pseudo-contraction operations and gentle repairs. Both aim to avoid the complete deletion of sentences when replacing them with weaker versions is enough to prevent the entailment of the unwanted formula. We show the correspondence between concepts on both sides and investigate under which conditions they are equivalent. Furthermore, we propose a unified notation for the two approaches, which might contribute to the integration of the two areas

Automated Reasoning

This volume, LNAI 13385, constitutes the refereed proceedings of the 11th International Joint Conference on Automated Reasoning, IJCAR 2022, held in Haifa, Israel, in August 2022. The 32 full research papers and 9 short papers presented together with two invited talks were carefully reviewed and selected from 85 submissions. The papers focus on the following topics: Satisfiability, SMT Solving,Arithmetic; Calculi and Orderings; Knowledge Representation and Jutsification; Choices, Invariance, Substitutions and Formalization; Modal Logics; Proofs System and Proofs Search; Evolution, Termination and Decision Prolems. This is an open access book

Resolution-based decision procedures for subclasses of first-order logic

This thesis studies decidable fragments of first-order logic which are relevant to the field of nonclassical logic and knowledge representation. We show that refinements of resolution based on suitable liftable orderings provide decision procedures for the subclasses E+, K, and DK of first-order logic. By the use of semantics-based translation methods we can embed the description logic ALB and extensions of the basic modal logic K into fragments of first-order logic. We describe various decision procedures based on ordering refinements and selection functions for these fragments and show that a polynomial simulation of tableaux-based decision procedures for these logics is possible. In the final part of the thesis we develop a benchmark suite and perform an empirical analysis of various modal theorem provers.Diese Arbeit untersucht entscheidbare Fragmente der Logik erster Stufe, die mit nicht-klassischen Logiken und Wissensrepräsentationsformalismen im Zusammenhang stehen. Wir zeigen, daß Entscheidungsverfahren für die Teilklassen E+, K, und DK der Logik erster Stufe unter Verwendung von Resolution eingeschränkt durch geeignete liftbare Ordnungen realisiert werden können. Durch Anwendung von semantikbasierten Übersetzungsverfahren lassen sich die Beschreibungslogik ALB und Erweiterungen der Basismodallogik K in Teilklassen der Logik erster Stufe einbetten. Wir stellen eine Reihe von Entscheidungsverfahren auf der Basis von Resolution eingeschränkt durch liftbare Ordnungen und Selektionsfunktionen für diese Logiken vor und zeigen, daß eine polynomielle Simulation von tableaux-basierten Entscheidungsverfahren für diese Logiken möglich ist. Im abschließenden Teil der Arbeit führen wir eine empirische Untersuchung der Performanz verschiedener modallogischer Theorembeweiser durch

The Computer Modelling of Mathematical Reasoning

xv, 403 p.; 23 cm