模型
一个理论的模型(model),指一个总是满足其组成命题的结构。当对一阶语言讨论其中任意可能公式理论的模型时,也说一个语言的模型。
其中,理论提供了一组形式上的语句,而结构提供了一个具体解释、提供了一个论域,在将理论中的这组语句中的个体常项、函项、谓词解释为论域中的个体对象及其关系、性质时,得到的命题总是保证其是真命题;若其中存在开语句,也就是含有自由变项的语句,需要这个结构上的所有赋值都对这个理论有满足关系,也就是进一步将自由变项解释为论域中的任意个体时,这些语句构成的命题也是真命题。
定义
对一阶语言 [math]\displaystyle{ \mathcal{L} }[/math] ,及一组 [math]\displaystyle{ \mathcal{L} }[/math]-语句 [math]\displaystyle{ T }[/math] ,和一个 [math]\displaystyle{ \mathcal{L} }[/math]-结构 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M}=(M,I) }[/math] ,若对任意 [math]\displaystyle{ \phi\in T }[/math] ,有 [math]\displaystyle{ \phi^{\mathfrak{M}} }[/math] 为真命题,即 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M}\vDash\phi }[/math] ,则称 [math]\displaystyle{ T }[/math] 是一个理论(theory),结构 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M} }[/math] 是理论 [math]\displaystyle{ T }[/math] 的一个模型(model),记作 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M}\vDash T }[/math] ,读作 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M} }[/math] 满足 [math]\displaystyle{ T }[/math]([math]\displaystyle{ \mathfrak{M} }[/math] satisfies [math]\displaystyle{ T }[/math])或 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M} }[/math] 是 [math]\displaystyle{ T }[/math] 的模型([math]\displaystyle{ \mathfrak{M} }[/math] models [math]\displaystyle{ T }[/math])。
注意:
- 模型是相对于理论的模型。同一个结构可以是不同理论的模型,同一个理论也可以有不同的模型。
- 当不给定额外的语句,或者对一个语言上广泛的、可能会任意取的公式集进行讨论时,也说模型是语言的模型。
- 理论和模型是两个不同描述角度的交汇位置:理论是形式语言中符合语法的语句集,代表着合法的表示形式及表示形式间的变形推理关系,模型具体提供研究对象,将得到的语句解释为具体命题。
| 模型论 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 研究对象 | 理论和模型 | 形式语言 [math]\displaystyle{ \mathcal{L} }[/math] 的理论 [math]\displaystyle{ T }[/math] | 形式语言 [math]\displaystyle{ \mathcal{L} }[/math] 的模型 [math]\displaystyle{ \mathfrak{A} }[/math] | |
| 刻画性质 | 语法一致性、可满足性/语义一致性、完备性 | 签名、基数(有限、无穷) | ||
| 相互关系 | 模型 [math]\displaystyle{ \mathfrak{A} }[/math] 的理论(理论集 [math]\displaystyle{ \operatorname{Th}\mathfrak{A} }[/math] ) | 理论 [math]\displaystyle{ T }[/math] 的模型 | ||
| 模型间的关系 | ||||
| 同构 | 同构 [math]\displaystyle{ \cong }[/math] | |||
| 子模型相关 | 子模型(子结构)、扩张 | 模型链 | 同构嵌入 | |
| 初等子模型相关 | 初等子模型(初等子结构) [math]\displaystyle{ \preceq }[/math] 、初等扩张 [math]\displaystyle{ \succeq }[/math] | 初等链、初等链的极限 | 初等嵌入 | |
| 初等等价 | 初等等价 [math]\displaystyle{ \equiv }[/math] | |||
| 相关定理 | Tarski 初等链定理、 Tarski–Vaught 测试 | |||
| 图引理、初等图引理 (常量符号“加入”语言 [math]\displaystyle{ \mathcal{L}_A }[/math] /常量符号“加入”模型 [math]\displaystyle{ \mathfrak{M}_A }[/math] 、 原子图 [math]\displaystyle{ D(\mathfrak{A}) }[/math] 、初等图 [math]\displaystyle{ D_{el}(\mathfrak{A}) }[/math]) | ||||
| 理论是否完备、是否确定模型结构——理论的不同构模型数目问题 | ||||
| 刻画 | Löwenheim–Skolem 定理、 [math]\displaystyle{ \kappa }[/math]-范畴性 | |||
| 应用 | 模型分类 | 标准模型、非标准模型 | ||
| 定理 | (Gödel 不完备定理)、转换原理、 Łoś–Vaught 测试 | |||
| 理论是否确定模型结构完备——理论的模型完备性理论 | ||||
| 模型完备性 | 理论的模型完备性 | 理论的子模型完备性 | 理论的模型完备化 | |