证明论(Proof theory),是
数理逻辑的一个分支,它将
数学证明表达为形式化的数学客体,从而通过数学技术来简化对他们的分析。证明通常用归纳式地定义的
数据结构来表达,例如链表,盒链表,或者树,它们根据逻辑系统的
公理和推理规则构造。因此,证明论本质上是
语法逻辑,和本质上是
语义学的模型论形相反。和
模型论,
公理化集合论,以及
递归论一起,证明论被称为
数学基础的四大支柱之一。
数学中的证明一向是逻辑学家研究的对象,但证明论是数学家D.希尔伯特于20世纪初期建立的,目的是要证明公理系统的无矛盾性,希尔伯特提出一整套严格的方案,规定只能用有限长的证明,要无可辩驳地给出整个数学的无矛盾性。他打算先给出公理化的算术系统的无矛盾性,再证明数学分析,集合论的无矛盾性。但1931年,K.哥德尔证明:一个包含公理化的算术的系统中不能证明它自身的无矛盾性。这就是著名的
哥德尔不完备性定理。这个结果使
希尔伯特方案成为不可能。但1936年,G.根岑降低了希尔伯特的要求,允许使用无穷长的证明,证明了
算术公理系统的无矛盾性。到1960年,数学分析的一些片断的无矛盾性也被证明。20世纪60年代以后,证明论不再局限于无矛盾性的证明。数学证明中的结构,证明的复杂性,数学中不可判定问题都成为证明论的研究课题,1977年,J.帕里斯发现算术理论中的一个自然的而又是不可判定的命题,这是一个重大发现。它使算术中自然的不可判定命题的研究越来越受人注意。
在
数理逻辑中,特别是联合上
证明论的时候,一些亚结构逻辑已经作为比常规系统弱的
命题演算系统被介入了。同常规系统的不同之处在于它们有更少的结构规则可用:结构规则的概念是基于
相继式(sequent)表达,而不是
自然演绎的公式化表达。两个重要的亚结构逻辑是
相干逻辑和
线性逻辑。
这里我们把右手端的Σ采纳为一个单一的命题C(这是
直觉主义风格的相继式);但是所有的东西都同样的适用于一般情况,因为所有的操作都发生在十字转门(turnstile)符号的左边。
因为合取是交换性和
结合性的操作,相继式理论的形式架设通常包括相应的结构规则来重写相继式的Γ - 例如
在
线性逻辑中有重复的假设(hypothese)'被认为'不同于单一的出现,它排除了这两个规则。而
相干逻辑只排除后者的规则,因为B明显的与结论无关。