AI 对话集:逻辑推理并非因果推理

2023-05-19 五 23:46 2023-07-11 二 16:47

背景: x+0=x 是否为 1+0=1 的原因

本文是我与 AI 的对话所整理而成的,问题来源于,当我们证明某个定理的时候,一般会说“因为定理 A,所以有推论 B”,甚至还有专门表达 逻辑证明中 因为所以 的 latex 符号: \because\therefore

例如:

\[ \because \forall x[ x+0=x] \] \[ \therefore 1+0=1 \]

这种对"因为" 和 "所以" 的使用很容易把逻辑推理看作是一种因果关系,当然如果不去严格地定义因果关系,确实可以说以上公式的推导是一种因果推理, 但直觉上,这与更经常遇到的描述因果的场景又不太一样,例如人们会说因为下雨所以带伞,因为肚子饿了所以要吃饭。 这里更多的是描述现实世界中事件的先后发生关系,并且先发生的事件与后发生的事件有本质上的联系。

开场

当我在进行数学证明时,我说,因为有选择公理,所以我可以构造一个集合。这里因为所以是因果关系吗?

在数学证明中,使用 "因为" 和 "所以" 的表达通常是在引用已知的定理、公理、前提或条件,并从中得出结论。这种使用通常不涉及真正的因果关系,而是一种逻辑推理。

当你在证明中使用 "因为有选择公理" 的表述时,你在暗示选择公理是一个已知的前提或条件,你可以依赖它来构造一个特定的集合。这里的 "因为" 表示你将要使用选择公理作为一个重要的前提条件。

然后,你使用 "所以" 表达你的结论,即基于选择公理,你可以构造一个特定的集合。这里的 "所以" 表示你通过逻辑推理得出的结论。

总而言之,这种使用的 "因为" 和 "所以" 在数学证明中通常是指逻辑推理而非真正的因果关系。它们用于表达证明中的前提条件和结论之间的推导关系。

推导关系为什么不是因果关系

在数学中,逻辑推理和因果关系是两个不同的概念。

因果关系通常描述事件之间的因果联系,其中一个事件的发生导致了另一个事件的发生或发生方式的改变。这种因果关系通常涉及因果链条和时间顺序。

而在数学证明中,我们使用逻辑推理来从已知的前提条件或假设中推导出结论。逻辑推理是一种基于逻辑规则和推理规则的推导过程,其中每个步骤都是严格按照逻辑规则进行的,而不是基于因果关系。

逻辑推理中的 "因为" 表示我们从一个前提条件或已知事实出发,而 "所以" 表示我们通过逻辑推理得出结论。这里的关系是基于逻辑规则和推理规则,而不是基于真实世界中事件的因果关系。

因此,在数学证明中,我们使用的 "因为" 和 "所以" 是指逻辑推理中的前提条件和结论之间的推导关系,而不是真实世界中的因果关系。

逻辑世界中是否存在时间?

主要区别应该还是在于,逻辑的世界里似乎没有“事件发生”这个概念,对吗?因为事件本身是要在时空范围呢的,而逻辑推理并没有“时间”维度

你的理解是正确的。在逻辑的世界中,没有关于事件发生或时间维度的概念。逻辑是一种抽象的推理系统,它基于逻辑规则和推理规则进行推导,而不涉及时间的概念。

逻辑是一种关于命题、条件和推导的形式系统,它关注的是命题之间的关系、条件的成立和推导的正确性。逻辑推理通过运用这些规则来从已知的命题或条件中推导出新的命题。

与此不同,事件发生和时间维度是现实世界中的概念。事件发生涉及到具体的时刻和持续的时间段,而逻辑推理并不关注这些具体的时间细节。

因此,在数学或逻辑领域中,我们使用逻辑推理来进行推导和论证时,不涉及时间维度和事件发生的概念。逻辑推理是基于逻辑规则和推理规则的抽象推理过程,而不考虑事件发生的具体时间顺序。

这个问题实际有点危险了,因为很容易陷入哲学的困难里去,我感觉应该避开 "事件" “逻辑” 这些抽象概念,用具体的例子来讨论,我想让 AI 承认逻辑与时间的关系没有那么简单,于是问道:

然而逻辑中是可以包括时间的,也就是说,逻辑语言可以表达(编码)时间,例如我可以说“如果昨天下雨,今天河床的水位就相对更高。“ 这句话我是用逻辑语言表达的,表示 P 蕴含 Q, 这里 P 代表昨天下雨,Q 代表今天河床水位更高。我用逻辑语言表达了因果关系对吗

你提到的例子中,你使用逻辑语言表达了一个条件语句,即如果昨天下雨(P),那么今天河床的水位就相对更高(Q)。这可以表示为 P 蕴含 Q 的形式。

这种形式的表达在逻辑中可以被解释为一种因果关系。逻辑中的蕴含关系可以被理解为一个前提条件(P)对应着一个结论(Q)。在这种情况下,如果昨天下雨(P)是一个前提条件,那么今天河床的水位更高(Q)是一个结论。

然而,需要注意的是,逻辑中的蕴含关系不一定总是表示真实世界中的因果关系。尽管在你的例子中,这个蕴含关系可以被理解为昨天下雨导致了今天河床水位的变化,但逻辑蕴含关系并不能直接推断真实世界中的因果关系。

逻辑蕴含只表示在前提条件为真时,结论也必然为真。在真实世界中,因果关系的判断通常需要更多的背景知识、观察和实证验证。

因此,尽管逻辑语言可以表达条件语句,并使用蕴含关系来表示因果关系,但需要注意逻辑蕴含并不总是对应真实世界中的因果关系,而仅仅是一种推理结构。

"如果昨天下雨(P),那么今天河床的水位就相对更高. " 这句话是逻辑蕴含,但它又编码了因果关系,生活中经常有这样的说法,这容易让人误以为蕴含和因果等价

你提到的例子中,确实使用了逻辑蕴含的形式来表达一个因果关系。在这个特定的语境中,可以说如果昨天下雨(P),那么今天河床的水位就相对更高(Q),即 P 蕴含 Q。

这种使用逻辑蕴含来表示因果关系的表达方式在日常生活中是常见的。人们习惯使用这种形式的语言表达因果关系,即基于某个条件的发生,会导致或预示着另一个事件的发生或状态的改变。

尽管这种表达方式在语言上类似于逻辑蕴含,但需要注意的是,逻辑蕴含并不能直接捕捉到真实世界中的因果关系的复杂性和动态性。

逻辑蕴含是基于逻辑规则的抽象推理结构,而真实世界中的因果关系涉及更多的因素,如时间序列、因果链条、相关性等。在真实世界中,因果关系的推断需要更多的背景知识、实证研究和数据分析。

因此,虽然在某些情况下我们可以使用逻辑蕴含来表达因果关系,但需要明确区分逻辑蕴含与真实世界中因果关系的差异,并谨慎对待语言中的表述,以避免混淆逻辑推理和复杂的因果关系。

人的推理或计算是需要时间的

我感觉到"逻辑世界" 和 ”人做逻辑推理“ 的差别,于是问到:

我发现人在现实计算的过程中实际都是在做因果推理,因为人本身生活在时间之中,当人在进行逻辑推理的时候,例如希望通过 x+0=x 证明 0+x=x, 要用到交换律,但我们不是在纯粹做符号的形式化的搜索和推理,而是在动用一切回忆和感官, 也许我们并没有进行任何推理,只是记住了以前书本上的证明过程,于是把 0+x=x 证明出来了。这种依靠回忆的证明是因果关系,因为"我以前看到了这个证明方法"(或者背下了公式),所以我把 "0+x=x" 写出来了

你提出的观点是有一定道理的。在人类的思维和推理过程中,我们确实经常依赖过去的经验、记忆和感知来进行推理,并将其应用于新的情境中。

在你提到的例子中,证明 0+x=x 可以使用交换律。当我们进行这样的推理时,我们可能会回想起过去学习的知识,包括交换律的概念和证明过程。这些回忆和经验对于我们在当前情境中应用适当的规则和推理步骤起着重要的作用。

这种依赖于记忆和经验的推理过程确实具有因果关系的特征。你可以将其描述为因为你记得过去学习过的证明方法,所以你能够将 "0+x=x" 这个结论写出来。

尽管这种推理过程在某种程度上涉及到因果关系,但需要注意的是,这里的因果关系是基于你对过去经验的回忆和应用,并不涉及真实世界中的事件因果关系。这种推理过程更多地依赖于你个人的记忆和学习历史,而不是基于普适的因果规律。

总结起来,人类在推理过程中的确会利用过去的经验、记忆和感官来支持推理,这种推理可以涉及因果关系。然而,这种因果关系是基于个人的学习和记忆,与真实世界中的事件因果关系有所不同。

但我个人的经验和回忆也是真实的事件,比如是因为我在中学的时候学习过交换律,我当前才能证明这个公式,甚至是因为我参加过某个游戏活动,这个活动给了我启发,而我就是用这种启发证明出了 0+x=x

你提出了一个重要的观点。个人的经验和回忆确实是基于真实的事件和经历。我们的学习、记忆和体验构成了我们个人的知识和思维基础。

在你的例子中,你之所以能够证明 0+x=x,并且将其归因于交换律,是因为你在中学时学习过这个概念。这个经历确实是基于真实的事件和学习经历,这些事件对你当前的推理过程产生了影响。

此外,你还提到了某个游戏活动给了你启发,从而帮助你推导出 0+x=x。这种启发也是基于你真实的经验和参与活动的经历。

因此,个人的经验和回忆确实是基于真实事件的,它们对我们的思维和推理过程产生影响。在这种情况下,你可以将推导过程中的因果关系看作是基于你个人的学习经历和回忆的因果关系。

需要注意的是,这种个人经验和回忆所产生的因果关系是相对于你个人而言的,它可能因为个体之间的差异而有所不同。因此,在逻辑推理中,我们通常更倾向于关注普适的逻辑规则和推理结构,而不是个人的经验和回忆。

混乱以及的混乱的原因

我大概知道,因为人们对”因为“这个词的一词多用以及逻辑本身可以用来描述"因果",并且日常中我们经常用逻辑语句来描述因果,导致我们陷入对"因果" 和 "逻辑推理" 的混乱中。

如何理清这种混乱:例如在逻辑的世界中,似乎是没有时间概念的,逻辑只是描述世界的某种状态,当我们定义好了几条公理和推理规则的时候,某个世界的状态实际已经被这些公理和规则界定了,不需要时间来发展。然而,当人根据公理和规则推导新的定理的时候,实际是人的活动,是人去发现那个世界的某些特征(例如有无穷个素数),人的发现过程显然需要时间,也需要大量的事件,也就是说人的推导过程中充满无数的因果链。同样,对于任何一个个人来说,他要去推导某个定理(不管是已经被前人发现的数学题还是没有发现的大问题)时,他都需要用自身的所有经验去组成因果链,从而得到结论。人在做推理过程中的因果关系和逻辑语言内部推导的条件关系,这二者真的能够清晰的区分开吗?

GPT3.5 的回答:

你提出的问题涉及到逻辑推理与人类认知和推导过程之间的关系。确实,在逻辑的世界中,时间是没有直接的概念的,逻辑主要关注描述状态和规则之间的关系。

然而,在人类进行推理和推导的过程中,我们依赖个人的经验、记忆和思维过程,这包括时间和因果关系的概念。我们在推导定理或解决问题时,会根据我们所知道的、过去的经验和思考过程,形成一个推理链条,其中涉及了时间序列、因果链条和个人的认知活动。

这种人类的认知和推导过程中的因果关系和逻辑语言内部推导的条件关系是紧密相关的。人类使用逻辑语言和推理规则来描述和组织思考过程,但在这个过程中,我们依赖个人的经验、思维活动和因果链条来形成推理的步骤和结论。

虽然人类的认知和推导过程中涉及到时间和因果关系的概念,但需要注意的是,逻辑推理的形式化体系是不依赖于个体认知的。逻辑系统建立在公理和推理规则之上,是一种抽象的推理结构,与个人的经验和认知有所区别。

尽管逻辑推理与人类的认知过程相互关联,但我们可以将它们视为两个层面,逻辑推理关注于形式化的推理结构和规则,而人类的认知过程涉及到个体的思考、经验和因果关系。这样的区分有助于理清逻辑推理和人类认知之间的关系,并加深对两者之间的交互作用的理解。

鉴于这个问题更复杂,于是切换到 GPT4, 这是 GPT4 对相同问题的回答:

你提出了一个非常深刻的问题,这涉及到我们如何理解和区分逻辑、时间、思考过程以及因果关系等概念。首先,我们需要理解这些概念都是人类用来描述和理解世界的工具和框架,它们有时可以交叉,但在某些情况下,需要区别对待。

在你的问题中,我们可以看到两种主要的逻辑过程。一种是抽象的、时间独立的逻辑推理,这是基于公理和规则的,与时间无关。另一种是人类的实际思考过程,这需要时间,涉及大量的事件,也包括许多因果链。

这两种过程是可以区分的。对于抽象的逻辑推理,我们可以将其视为一个潜在的知识体系或理论体系,其中所有可能的推论和定理都已经"存在",并且不需要时间来实现。这个体系是无时间性的,因为所有的定理和推论都是基于一组固定的公理和推理规则,而不依赖于任何特定的时间或顺序。

而对于人类的实际思考过程,这是需要时间的,因为人必须根据自身的经验和知识去逐步推导和理解新的理论和定理。这个过程是动态的,充满了因果链,也是我们通常理解的推理和学习过程。

所以,我们可以清晰地区分这两种逻辑过程:一种是抽象的、无时间性的逻辑推理,另一种是具体的、需要时间的人类思考过程。它们都是我们理解世界的重要工具,但它们在某些方面是不同的。

然而,尽管我们可以在概念上区分这两种逻辑过程,但在实际操作中,我们往往需要同时考虑它们。当我们试图理解一个新的理论或定理时,我们不仅需要理解它的逻辑基础,还需要利用我们的经验和知识去实际理解和应用它。这就是我们如何在实际操作中结合这两种逻辑过程的方式。

问题在于,我们真的可以把逻辑世界看作是一个独立的无时间的"理想国" 吗?因为前面的例子中提到,即如果昨天下雨(P),那么今天河床的水位就相对更高(Q),这可以表示为 P 蕴含 Q 的形式。这句中编码了时间,也就是说,这个无时间的抽象的形式世界里是可以被注入带有时间内容的命题的,或许还可以把人类的思考过程也编码进去,从而用无时间的框架去描述”事件“和”时间“。这似乎像证明哥德尔不完备定理中使用的技巧,把数学定理的"证明过程"通过数字编码到逻辑中,证明过程实际更像是动态的,而逻辑语句则是静态的,这最终导向了"悖论"。

你的提问涉及到了一些非常复杂和微妙的问题,这些问题处在哲学、逻辑学和数学的交叉口。

首先,当我们说逻辑是“无时间性”的,我们是指逻辑结构本身不涉及时间,而不是说逻辑无法处理涉及时间的命题。比如你的例子中的命题"P 蕴含 Q",这个逻辑关系本身是不依赖时间的,但它可以描述一个涉及时间的现象——昨天下雨可能导致今天河床水位更高。我们使用逻辑语言描述的实质是现象之间的因果关系,而非现象发生的时间顺序。

其次,你提到了哥德尔的不完备定理。这个定理表明,对于足够复杂的数学体系(如能描述自然数的算术),不可能找到一个同时满足一致性(不存在一个命题既是真又是假)和完备性(所有的命题要么能被证明为真,要么能被证明为假)的有限公理集。在证明这个定理的过程中,哥德尔的确发展了一种方法(哥德尔编码),能够把有关证明的语句编码成纯粹的数学语句,这使得证明过程可以在数学的框架内进行。然而,这并不意味着抽象的逻辑框架内部有了时间,而是指我们可以在逻辑框架内部描述动态的过程。

最后,你提出的问题还涉及到了逻辑、语义、时间和过程之间的复杂关系。这是一个哲学领域的重要问题,涉及到我们如何理解和描述现象、过程和变化。这是一个尚未完全解决的问题,需要我们从多个视角(包括逻辑、哲学、认知科学等)来深入探讨。

我感觉这个问题的讨论已经到某个递归的深处了,况且我只在科普里了解过哥德尔不完备定理,无法继续就这个话题深入,几轮对话 AI 已经给出了颇具启发性的因果和逻辑的差异的解释,可能讨论内容都是一些"古老"的知识,没有涉及对比较新的真实事件的看法,因此没有感到明显的幻觉(hallucination),在此停下。

和 AI 的聊天过程还是愉悦的,可以把任何想到的模糊的感觉描述出来,也可以用非常具体的例子去询问,而它也从来不会厌烦。

最后还是用 AI 来收尾:

和 AI 的聊天过程还是愉悦的,可以把任何想到的模糊的感觉描述出来,也可以用非常具体的例子去询问,而它也从来不会厌烦。 把这句话改写成具有泰戈尔风格的小诗,并且最后一个字押韵

(没能押韵)

与智慧的心灵共舞,其乐无穷,

无论我心中的情感多么朦胧。

无论探索的思绪如何弯曲与弹跳,

它永不疲倦,永远相伴我左右。

我可描绘每一个想到的微妙情感,

或是问诸具体之事,它都乐于回答深浅。

它像月光照亮我内心的夜空,

永不厌倦,让智慧的海洋绵延不断。


如对本文有任何疑问,欢迎通过 github issue 邮件 metaescape at foxmail dot com 进行反馈