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Preprint submitted on 26 Nov 2007

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De DEL à EDL ou comment illustrer la puissance des événements inverses

Guillaume Aucher, Andreas Herzig

To cite this version:

Guillaume Aucher, Andreas Herzig. De DEL à EDL ou comment illustrer la puissance des événements inverses. 2007. �hal-00192061�

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De DEL à EDL ou comment illustrer la puissance des événements inverses

Guillaume Aucher? aucher@irit.fr

Andreas Herzig? herzig@irit.fr

?IRIT, Université Paul Sabatier, 31062 Toulouse Cedex (France) Résumé :

La logique épistémique dynamique (DEL) intro- duite par Baltag et col. et la logique proposition- nelle dynamique (PDL) proposent différentes sé- mantiques aux événements. La seconde se prête fa- cilement à l’introduction d’événements inverses et de relations d’accessibilité épistémiques. Nous ap- pelonsEDLle formalisme résultant. Nous mon- trons alors queDELpeut être traduit dansEDL grâce à cet emploi d’événements inverses. Il s’en- suit queEDLest plus expressive et générale que DEL.

Mots-clés :Logique dynamique épistémique, lo- gique propositionnelle dynamique

Abstract:

Dynamic epistemic logic (DEL) as viewed by Bal- tag et col. and propositional dynamic logic (PDL) offer different semantics of events. It turns out that converse events and epistemic accessibility rela- tions can be easily introduced inPDL. We call EDLthe resulting formalism. We then show that DELcan be translated intoEDLthanks to this use of converse events. It follows thatEDLis more ex- pressive and general thanDEL.

Keywords:dynamic epistemic logic, propositional dynamic logic

1 Introduction

But : raisonner sur la perception d’événements.

Rendre compte des modes variés de per- ception d’événements est le but d’une famille de systèmes formels appelés lo- giques épistémiques dynamiques. Ces sys- tèmes ont été proposés dans une série de publications, principalement par Plaza, Baltag, Gerbrandy, van Benthem, van Dit- marsch et Kooi [9, 7, 6, 13, 15, 16]. Les lo- giques épistémiques dynamiques ajoutent du dynamisme à la logique épistémique d’Hintikka en transformant les modèles épistémiques.

La logique épistémique dynamique se concentre sur des événements particuliers appelés updates. Les updates peuvent être vus comme des annonces faites aux agents.

La forme la plus simple d’update est l’annonce publique à la Plaza ; quand le contenu de l’annonce est propositionnel une telle annonce correspond à l’opéra- tion d’expansion d’AGM [1]. Un autre example d’update est l’annonce de groupe à la Gerbrandy [6, 7]. Notons que DEL- updates différent des Katsuno-Mendelzon- updates qui sont étudiés dans la littérature IA [8].

Dans [2, 4, 3] et ailleurs, Baltag et col. pro- posèrent une logique épistémique dyna- mique qui eut beaucoup d’influence. Nous faisons référence à cette logique par le terme DEL. Il a été montré que leur ap- proche subsume toutes les autres logiques épistémiques dynamiques, ce qui justifie notre acronyme. La sémantique de DEL est basée sur deux types de modèle : un modèle statique Ms (appelé “state mo- del” par Baltag) et un modèle dynamique fini Md (appelé modèle d’action épisté- mique par Baltag).Msmodèlise le monde réel et les croyances des agents s’y rap- portant. Ce n’est rien d’autre qu’un bon vieux modèle épistémique à la Hintikka.

Md modèlise l’événement réel qui a lieu et les croyances des agents s’y rapportant.

Les croyances des agents peuvent être in- complètes (l’événement a a eu lieu mais l’agent ne peut pas distinguer l’occurence de a de celle de a0) et même erronées (l’événementa a eu lieu mais l’agent l’a perçu comme étant a0 par erreur). Ms et Mdsont alors combinés par une construc-

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tion par produit restreint qui définit la si- tuation après que l’événement réel a eu lieu, c’est à dire le monde réel résultant et les croyances des agents s’y rapportant.

Sémantique des événements : produits ver- sus relations d’accessibilité. Naturellement, nous serions intéressés d’exprimer dans DELqu’une actionaa eu lieu, c’est à dire de donner une sémantique à l’événement inverse a dans le cadre de DEL. Cela n’est pas clair comment on pourrait le faire précisément. La seule approche dont nous ayons connaissance est celle de Yap [18]

qui ne parvient pas à obtenir une caractéri- sation complète.

D’un autre côté, dans PDL, les événe- ments sont interprétés comme des relations de transition entre mondes possibles, et pas comme des produits restreints de mo- dèles comme dans DEL. Les événements inversesapeuvent être facilement inter- prétés en inversant la relation d’accessibi- lité associée àa. La logique résultante est appelée l’extension temporelle dePDL.

A cela nous ajoutons un opérateur épis- témique. Nous appelons Logique Dyna- mique Epistémique (temporelle) EDL la combinaison de la logique épistémique et dePDLavec inverse.1

Une sémantique en terme de relations d’accessibilités est plus flexible que la sémantique par produit de DEL : nous avons plus d’options concernant l’interac- tion entre les événements et les croyances.

Notre contribution essentielle dans cet ar- ticle est de rendre compte de cette interre- lation délicate grâce à des contraintes sur les relations d’accessibilité : une contrainte de no-forgetting, une contrainte de no-

1EDLest liée à la logique dynamique doxastiqueDDL [11, 12]. Jusqu’à maintenant la recherche dansDDLse concen- trait principalement sur sa relation avec la théorie de la révision des croyances d’AGM, et étudiait des événements particuliers de la forme(expansion parϕ),∗ϕ(révision parϕ), et−ϕ (contraction parϕ).EDLetDDLcoïncident en ce qui concerne les annonces propositionnelles.

learning et une contrainte de déterminisme épistémique.

TraduireDELdansEDL. Afin de démon- trer la puissance de notre approche nous proposons une traduction de DEL dans EDL : nous exprimons la structure d’un DELmodèle dynamiqueMdpar une théo- rie non logique Γ(Md) of EDL, et nous prouvons qu’une formuleϕest valide dans DEL si et seulement si c’est une consé- quence logique deΓ(Md)dansEDL.

Ainsi, contrairement à DEL nous évi- tons de faire référence à une structure sémantique (c’est à dire le DEL mo- dèle dynamique Md) dans la définition même du langage. On réussit à encoder la structure du DEL modèle dynamique en une théorie non logique Γ(Md)grâce aux événements inverses. Par example [a]Bi(hai>∨hbi>)exprime que l’agent i perçoit l’occurence de a comme étant celle deaoub.

Organisation de l’article. Cet article est or- ganisé comme suit. Dans la section 2 nous introduisons un langage portant sur les croyances, les événements et les événe- ments inverses. Dans la section 3, nous proposons une sémantique pour ce lan- gage, et définissons notre logique EDL.

Dans la section 4 nous exposons la sé- mantique par produit restreint de Baltag pour le fragment du langage sans événe- ment inverse, et exposons sa logiqueDEL.

Dans la section 5 nous associons une théo- rie Γ(Md) à chaque modèle dynamique Md, et prouvons que les conséquences de Γ(Md)dans EDL correspondent aux va- lidités de DEL. Cela laisse à penser que EDL est plus expressive et générale que DEL, et nous nous concentrerons sur ce point pour conclure dans la section 6.

De DEL à EDL ou comment illustrer la puissance des événements inverses___________________________________________________________________________

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2 Les langages

Nous supposons donné un ensemble de symboles propositionnels PROP = {p, q, . . .}, des symboles d’agentsAGT = {i, j, . . .}, et des symboles d’événements EVT = {a, b, . . .}. Tous ces ensembles peuvent être infinis (alors que dans DEL AGT etEVT doivent être finis). A partir de ces ingrédients, le langage multi-modal est construit de façon standard à l’aide des opérateurs booléens¬et∧, d’une famille d’opérateurs épistémiques Bi, pour tout i∈AGTet d’une famille d’opérateurs dy- namiques[a]et[a], poura∈EVT. La formuleBiϕse lit “l’agenticroit que ϕ”.[a]ϕse lit “ϕest vrai après n’importe quelle execution possible de l’événement a”. Les opérateurs modaux duauxBˆi,hai and hai sont définis de façon usuelle : Bˆiϕabrège¬Bi¬ϕ;haiϕabrège¬[a]¬ϕ; haabrège¬[a]¬ϕ.

Le langage LEDL de EDL est le lan- gage entier. Le langage LDEL de DEL est l’ensemble des formules de LEDL qui ne contiennent pas d’opérateur in- verse [a]. Enfin, le langage épistémique LEL est l’ensemble des formules qui ne contiennent pas d’opérateur dynamique, c’est à dire construits à partir dePROP, les opérateurs booléens et l’opérateur Bi uniquement. Par exemple [a]Bi[a]⊥ est uneLEDL-formule (qui n’appartient pas à LDEL).

3 EDL : logique dynamique épistémique avec inverse

Quand on construit des modèles qui traitent des notions de croyance et d’évé- nement, le problème central est de rendre compte de l’interaction entre ces diffé- rentes notions. Dans notre sémantique ba- sée sur PDL, ce problème est résolu en proposant des contraintes sur les relations d’accessibilité respectives.

3.1 Sémantique

LesEDL-modèles sont de la formeM = hW,V,{Aa}a∈EVT,{Bi}i∈AGTiW est un ensemble de mondes possibles, V : PROP −→2Wune valuation, et lesAa W ×W et Bi W ×W sont des re- lations d’accessibilité sur W. La relation A−1a est l’inverse de Aa. On considère parfois les relations d’accessibilité comme des applications qui associent un ensemble de mondes à un monde, et écrivons par exempleA−1a (w) ={v:hw, vi ∈ A−1a }= {v:hv, wi ∈ Aa}.

Nous supposons que lesEDL-modèles sa- tisfont les contraintes suivantes appelésno forgetting,no learningetepistemic deter- minism:

(nf) Siv(Aa◦ Bi◦ A−1b )v0alorsvBiv0. (nl) Si(Aa◦Bi◦A−1b )(v)6=∅alors(Bi

Ab)(v)(Aa◦ Bi)(v).

(ed) Si w1, w2 ∈ Aa(v)alorsBi(w1) = Bi(w2).

Informellement, le principe no-forgetting (aussi connu sous le nom de perfect re- call [5]) nous dit que chaque monde, tel que l’occurence d’un événementbdans ce monde donne comme résultat une alter- native possible pour l’agent i après l’oc- curence dea, est une alternative possible pour l’agent i avant l’occurence de a.

Formellement, supposons que w résulte de l’occurence de l’événement a dans le mondev; si dans le mondew, le mondew0 est une alternative pour l’agenti, etw0ré- sulte de l’événementbdans un mondev0, alors v0 était déjà possible pour l’agent i dans le mondev.

(nf) : v0 Ab //w0 v Aa

//

Bi

OOÂÂÂ

w

Bi

OO

Pour comprendre le principe no-learning (aussi connu sous le nom de no miracle

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[14]), supposons que l’agent i perçoit l’occurrence de a comme étant celle de b1,b2,. . . oubn. Alors, informellement, le principeno-learningnous dit que chaque monde résultant de l’occurrence de b1, b2,. . . oubn dans une des alternatives pos- sibles de l’agent i avant l’occurrence de a est bien une alternative possible après apour l’agenti. Formellement, supposons que l’agentiperçoitbcomme une alterna- tive possible dea((Aa◦Bi◦A−1b )(v)6=∅).

Si dans le mondevle mondew0est un ré- sultat possible de l’occurrence de b pour l’agenti, alors le mondew0est une alterna- tive possible pour l’agentidans un monde w∈ Aa(v).

(nl) : . Ab //w0 . Ab //.

v Aa //

Aa ++

DH

K OR T W

Bi

EE

.

Bi

OO

w

Bi

UU

·

»

¾

Â

#

&

*

Pour comprendre (ed), supposons que nous avons vAaw1 et vAaw2. Alors (ed) impose aux états épistémiques dew1etw2 d’être identiques :Bi(w1) = Bi(w2). Cela découle de note hypothèse que les évé- nements sont feedback-free (aussi connus sous le nom d’ uninformative events [?]) : les agents ne peuvent pas distin- guer entre leurs différents résultats non- déterministes. Ce sont des événements dont les agents apprennent seulement leur occurrence, mais pas leur résultat. Un exemple de tel événement est l’action de jeter une pièce de monnaie sans regar- der le résultat. Un exemple d’événement non feedback-free est l’action de jeter une pièce de monnaie et regarder le résultat : ici la contrainte de déterminisme épisté- mique est violée.

La valeur de vérité d’une formuleϕdans un monde w d’un modèle M est notée

(ed) : w0

v Aa //

Aa ''

w1

Bi

OO

w2

Bi

WW

³¸½ Â$

.)

M, w |= ϕ et est définie comme d’habi- tude par :

M, w|=pssiw∈V(p) M, v|=Biϕ ssiM, v0|=ϕpour tout

w0∈ Bi(v)

M, v|= [a]ϕ ssiM, w|=ϕpour tout w∈ Aa(v)

M, w|= [a]ϕ ssiM, v|=ϕpour tout v∈ A−1a (w)

La valeur de vérité d’une formuleϕdans unEDL-modèleMest notéeM|=ϕet est définie par :M, w|=ϕpour toutw ∈W. SoitΓun ensemble deLEDL-formules. La relation de conséquence (globale) est défi- nie par :

Γ|=EDLϕ ssi pour toutEDL-modèleM, siM|=ψpour toutψ∈ΓalorsM|=ϕ.

Par exemple nous avons

{[b]ϕ,haiBihbi>} |=EDL[a]Biϕet

|=EDL(Bi[b]ϕ∧ haiBihbi>)→[a]Biϕ. (*) Considéronsϕ = dans (*) :Bi[b]⊥si- gnifie que la perception de l’événementb était inattendue pour l’agenti, tandis que haiBihbi>signifie que l’agenti perçoit en réalité l’occurrence dea comme étant celle deb.

De notre contrainte no-forgetting, il s’en- suit que [a]Bi (ce qui est possible car nous n’avons pas supposé que la relation d’accessibilitéBiétait sérielle).

De DEL à EDL ou comment illustrer la puissance des événements inverses___________________________________________________________________________

(6)

En fait, il serait préférable d’éviter que les croyances des agents deviennent inconsis- tantes : dans de telles situations l’on de- vrait effectuer une révision des croyances.

3.2 Complétude

L’axiomatique deEDL est composée des principes de la logique multimodale K pour tous les opérateurs modauxBi,[a]et [a], plus les axiomes (Conv1), (Conv2), (NF) et (NL) ci-dessous :

(Conv1) `EDLϕ→[a]ha (Conv2) `EDLϕ→[a]haiϕ (NF) `EDLBiϕ→[a]Bi[b

(NL) `EDL haiBˆihbi> → ([a]Biϕ Bi[b]ϕ)

(ED) `EDLhaiBiϕ→[a]Biϕ

(Conv1) et (Conv2) sont les axiomes d’in- version standards de la logique temporelle et de converse PDL. (NF), (NL) et (ED) axiomatisent respectivement no forgetting, no learning et epistemic determinism.

Nous écrivonsΓ`EDLϕquandϕest prou- vable à partir de l’ensemble de formulesΓ dans ce système axiomatique.

EDLpossède la complétude forte : Proposition 3.1 Pour tout ensemble de LEDL-formulesΓetLEDL-formulesϕ,

Γ|=EDLϕsi et seulement siΓ`EDLϕ.

Proof.La preuve découle du théorème de Sahlqvist [10] : tous nos axiomes (NF), (NL), (ED) sont de la forme requise, et cor- respondent respectivement aux contraintes sémantiques (nf), (nl), (ed). QED

4 DEL : modèles statiques, mo- dèles dynamiques, et leurs produits

Nous présentons ici la version sans itéra- tion de la logique épistémique dynamique DELde Baltag [4, 3].

4.1 Sémantique

LesModèles Statiquessont juste des mo- dèles de la forme Ms = hW,V,{−→s i }i∈AGTi, oùWest un ensemble arbitraire, V : PROP −→ 2W une valuation et les

−→s i⊆W×Wsont des relations d’acces- sibilité surW.

LesModèles dynamiquessont de la forme Md = hEVT,Pre,{−→d i}i∈AGTi, où Pre : EVT −→ LEL est une fonction de précondition associant des formules épis- témiques aux événements, et les −→d i EVT×EVT sont des relations d’accessi- bilité surEVT. Par exemple l’événement atel quePre(a) =>correspond au ‘skip’

(rien ne se passe) de PDL etPre(b) = p correspond à l’action d’apprendre que p est vraie. Quand nous avons−→d i (a) = {b}alors l’occurrence deaest perçue par l’agenticomme celle deb.

Nous rappelons que EVT est l’ensemble des événements atomiques. Dans DEL il est supposéfini. De plus, tout−→d iest sup- posé êtresériel: pour touta ∈EVT il y a au moins unb∈EVT tel quea −→d ib.

(Rappelons que nous n’avons pas supposé la sérialité pour les relations d’accessibilité statiques.)

Etant donnésMs =hW,V,{−→s i}i∈AGTi et Md = hEVT,Pre,{−→d i}i∈EVTi, leur produitMs⊗Md est un modèle statique décrivant la situation après que l’événe-

(7)

ment décrit parMda eu lieu dansMs: Ms⊗Md=hW0,V0,{−→s i0}i∈AGTi où le nouvel ensemble de mondes pos- sibles est W0 = {hw, ai : Ms, w |= Pre(a)}, la nouvelle valuation estV0(p) = {hw, ai : w V(p)}, et les nouvelles relations d’accessibilité statiques sont dé- finies par

hw1, a1i−→s i0hw2, a2issiw1−→s iw2et a1−→d ia2.

Alors que la condition de vérité pour l’opé- rateur épistémique est identique à celle de la logique épistémique d’Hintikka et celle d’EDL, la construction par produit res- treint donne une sémantique à l’opérateur [a]qui est bien différente de celle dePDL etEDL:

Ms, w|= [a]ϕ ssi Ms, w|=Pre(a) impliqueMs⊗Md,hw, ai |=ϕ Finalement, la validité deϕdansDEL(no- tée|=DELϕ) est définie comme d’habitude comme la vérité dans tous les mondes de tous lesDEL-modèles. Notons que la va- lidité signifie la validité par rapport à un modèle dynamiqueMdfixé.

La condition de vérité pour l’opérateur dy- namique met en valeur le fait que DEL est une extension dynamique de la logique épistémique tandis queEDLest une exten- sion épistémique dePDL.

4.2 Complétude

Supposons donné un modèle dynamique Md. L’axiomatique deDELest composée des principes de la logique multimodaleK pour les opérateurs modauxBiet[a], plus les axiomes ci-dessous [4, 3].

(A1) `DEL[a]p (Pre(a)→p)

(A2) `DEL [a]¬ϕ (Pre(a)

¬[a]ϕ)

(A3) `DEL [a]Biϕ (Pre(a) Bi[b1∧. . .∧Bi[bn]ϕ) oùb1, . . . , bn est la liste de tous lesbtels quea−→d ib.

On note`DELϕlorsqueϕest prouvable à partir de ces principes.

5 De DEL à EDL

Dans cette section nous montrons que DELpeut être injecté dansEDL. Nous le faisons en construisant une EDL-théorie particulière qui capture un DEL mo- dèle dynamique Md donné et simule la construction produit.

Definition 5.1 Soit Md = hEVT,Pre,{−→d i}i∈AGTi un modèle dynamique. L’ensemble des formules Γ(Md)associé àMd(‘la théorie deMd’) est constituée des axiomes non-logiques suivant :

(1) p [a]p et ¬p [a]¬p, pour tout a∈EVT etp∈PROP;

(2) hai> ↔ Pre(a), pour touta∈EVT; (3) [a]Bi(hb1i> ∨. . .∨ hbni>),

b1, . . . , bnest la liste de tous lesbtels quea−→d ib;

(4) BˆiPre(b) [a] ˆBihbi>, pour tout ha, bi ∈−→d i.

Notons queΓ(Md)est finie car dansDEL l’ensemble des événements EVT et l’en- semble des agentsAGTsont tous les deux

finis. ¢

L’axiome de déterminisme est en fait une conséquence logique deΓ(Md)dansEDL.

Lemma 5.2 Pour tout LEDL-formule ϕ nous avonsΓ(Md)|=EDLhaiϕ→[a]ϕ.

Nous avons alors le résultat essentiel sui- vant.

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(8)

Theorem 5.3 SoitMdunDELmodèle dy- namique. Soit ψ une formule de LDEL. Alors

|=DELϕ ssi Γ(Md)|=EDLϕ

Il s’ensuit que

`DELϕ ssi Γ(Md)`EDLϕ Cela fournit donc une nouvelle axiomati- sation des validités deDEL.

6 Discussion et conclusion

Nous avons présenté une logique dyna- mique épistémique EDL dont la séman- tique diffère de de celle de la logique épis- témique dynamiqueDELde Baltag et col.

Nous avons montré queDELpeut être in- jectée dans EDL. Ce résultat nous per- met de conclure que EDL est une alter- native intéressante à la logique de Bal- tag et col. Cependant, EDL est plus ex- pressive queDELcar elle permet de par- ler d’événements passés. Un autre de ses avantages est que l’on peut décrire partiel- lement un événement ayant lieu et quand même en tirer des conséquences, alors que dansDELle modèle d’action doît tout spé- cifier. Plus généralement,EDLsemble être plus flexible pour décrire des événements.

Cela permet de modéliser des événements qui ne peuvent pas être modélisés dans DEL.

Nous allons démontrer ce dernier point par un exemple. Considérons la situation où il y a deux agents i et j, et il y a deux annonces privées possibles a et b avec pour préconditions respectives p et

¬p. Supposons que les agents ne savent rien de ce qui s’est passé excepté que a oubont eu lieu, c’est à dire formellement quehai> ∨ hbi>est connaissance com- mune. De cela nous devrions en conclure que les agents ne savent rien du tout de la perception que l’autre agent a de l’évé- nement (ce qui est en fait vrai en réalité).

Nous pouvons modéliser ce dernier point comme suit. D’abord on défini récursive- ment l’ensemble suivant de formules.

– Φ0i = Φ0j ={hai>,hbi>}

– Φni = {Biϕj : ϕj Φn−1j } ∪ {V

jj∈Φn−1j }Bˆiϕj} Par exemple on a

Φ1i = {Bihai>,Bihbi>,Bˆihai> ∧ Bˆihbi>}et

Φ2j = {BjBihai>,BjBihbi>,Bj( ˆBihai> ∧ Bˆihbi>)} ∪ {BˆjBihai> ∧ BˆjBihbi> ∧ Bˆj( ˆBihai> ∧Bˆihbi>)}.

Naturellement, nous affirmons que l’en- semble de tous les((W

Φni)(W Φnj)re- présente le fait que les agents ne savent rien à propos de la perception qu’a l’autre agent de l’événement. Nous pouvons alors prouver par induction surnque{hai> ∨ hbi>} `EDL (W

Φni)(W

Φnj)pour tout n.2Cela nous indique que la connaissance incomplète des agents de ce qui se passe est correctement représentée par{hai>∨

hbi>}.

De telles situations ne peuvent pas être dé- crites dansDELcar cela nécessiterait une infinité d’événements atomiques, et le mo- dèle dynamiqueMddevrait être infini.

Une autre approche qui associe DELà la logique dynamique propositionnelle avec automate est [17]. Il n’a pas recours aux événements inverses et traduit les modèles dynamiques par une transformations sur les programmes de PDL. Comme nous l’avons dit dans la section 1, Yap a in- troduit les événements inverses dansDEL mais elle n’est pas arrivée à donner des axiomes de réduction pour l’opérateur mo- dal inverse. Comme nous, elle ne traite pas de la révision des croyances et nous

2L’observation clé est que`EDLBi(hai> ∨ hbi>) (Bihai> ∨Bihbi> ∨( ˆBihai> ∧Bˆihbi>))

(9)

repoussons l’intégration de tels mécha- nismes à de futurs travaux.

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Por todo lo anterior se desprende, como hecho destaca- ble en este bloque, que en el manual 9, destinado a la enseñanza universitaria, el concepto de límite de una función