Dans ce mémoire, on s’inspire des sciences cognitives pour aborder la question de la modélisation logique du raisonnement et de l’apprentissage. Notre principale conviction est qu’il faudrait, pour traiter ce problème, prendre modèle sur la manière dont les agents naturels (c’est à dire les humains et les animaux) procèdent lorsqu’ils raisonnent ou apprennent. Considérant que le raisonnement fait appel à un grand nombre de facultés cognitives distinctes, et qu’il ne serait donc pas raisonnable d’espérer modéliser d’un seul coup l’ensemble du raisonnement humain, on se concentre ici sur un type d’inférences très simples dont on soutient qu’elles constituent le coeur du raisonnement chez tous les animaux à cerveau. On identifie un processus sous-jacent plausible pour ces inférences, d’abord au niveau mental de description, puis au niveau neuronal, et on développe une famille de modèles logiques permettant de le simuler. On s’attache ensuite à produire un ensemble de règles d’inférence caractérisant les relations d’inférence induites par ces modèles. Ces règles résultent du processus suggéré, et doivent donc être vues comme des règles qui, d’après le modèle, émergent fonctionnement des cerveaux. Enfin, on analyse les processus d’apprentissage attachés aux inférences considérées, et on montre comment le formalisme proposé permet de les modéliser. Pour conclure on évoque brièvement les possibles développements futurs du modèle, et notamment on donne quelques indications quant à la manière dont la modélisation d’un certain nombre de facultés additionnelles pourrait être envisagée. / In this dissertation, we take inspiration in cognitive sciences to address the issue of the logical modelling of reasoning and learning. Our main thrust is that to address these issues one should take inspiration in the way natural agents (i.e., humans and animals) actually proceed when they draw inferences and learn. Considering that reasoning incorporates a wide range of cognitive abilities, and that it would thus be unreasonable to hope to model the whole of human’s reasoning all at once, we focus here on a very basic kind of inferences that, we argue, can be considered as the primary core of reasoning in all brained animals. We identify a plausible underlying process for these inferences, first at the mental level of description and then at the neural level, and we develop a family of logical models that allow to simulate it. Then we tackle the issue of providing sets of rules to characterise the inference relations induced by these models. These rules are a by-product of the posited process, and should thus be seen as rules that, according to the model, result from the very functioning of brains. Finally we examine the learning processes attached to the considered inferences, and we show how to they can be modelled within our framework. To conclude we briefly discuss possible further developments of the framework, and in particular we give indications about how the modelling of some other cognitive abilities might be envisioned.

La logique Here-and-there (HT) est une logique monotone à trois valeurs, intermédiaire entre les logiques intuitionniste et classique. La logique de l'équilibre est un formalisme non-monotone dont la sémantique est donnée par un critère de minimalisation sur les modèles de la logique HT. Ce formalisme est fortement lié à la programmation orientée ensemble réponse (ASP), un paradigme relativement nouveau de programmation déclarative. La logique de l'équilibre constitue la base logique de l'ASP: elle reproduit la sémantique par ensemble réponse des programmes logiques et étend la syntaxe de l'ASP à des théories propositionnelles plus générales, i.e., des ensembles finis de formules propositionnelles. Cette thèse traite aussi bien des logiques modales sous-jacentes à la logique de l'équilibre que de ses extensions modales. Ceci nous permet de produire un cadre complet pour l'ASP et d'examiner de nouveau la base logique de l'ASP. A cet égard, nous présentons d'abord une logique modale monotone appelée MEM et capable de caractériser aussi bien l'existence d'un modèle de la logique de l'équilibre que la relation de conséquence dans ces modèles. La logique MEM reproduit donc la propriété de minimalisation qui est essentielle dans la définition des modèles de la logique de l'équilibre. Nous définissons ensuite une extension dynamique de la logique de l'équilibre. Pour ce faire, nous étendons le langage de la logique HT par deux ensembles de programmes atomiques qui permettent de mettre à jour, si possible, les valeurs de vérité des variables propositionnelles. Ces programmes atomiques sont ensuite combinés au moyen des connecteurs habituels de la logique dynamique. Le formalisme résultant est appelé logique Here-and-there dynamique (D-HT) et permet la mise-à-jour des modèles de la logique de l'équilibre. Par ailleurs, nous établissons un lien entre la logique D-HT et la logique dynamique des affectations propositionnelles (DL-PA): les affectations propositionnelles mettent à vrai ou à faux les valeurs de vérité des variables propositionnelles et transforment le modèle courant comme en logique dynamique propositionnelle. En conséquence, DL-PA constitue également une logique modale sous-jacente à la logique de l'équilibre. Au début des années 1990, Gelfond avait défini les spécifications épistémiques (E-S) comme une extension de la programmation logique disjonctive par des notions épistémiques. L'idée de base des E-S est de raisonner correctement à propos d'une information incomplète au moyen de la notion de vue-monde dans des situations où la notion précédente d'ensemble réponse n'est pas assez précise pour traiter le raisonnement de sens commun et où il y a une multitude d'ensembles réponses. Nous ajoutons ici des opérateurs épistémiques au langage original de la logique HT et nous définissons une version épistémique de la logique de l'équilibre. Cette version épistémique constitue une nouvelle sémantique non seulement pour les spécifications épistémiques de Gelfond, mais aussi plus généralement pour les programmes logiques épistémiques étendus. Enfin, nous comparons notre approche avec les sémantiques existantes et nous proposons une équivalence forte pour les théories de l'E-HT. Ceci nous conduit naturellement des E-S aux ASP épistémiques et peut être considéré comme point de départ pour les nouvelles extensions du cadre ASP. / Here-and-there (HT) logic is a three-valued monotonic logic which is intermediate between classical logic and intuitionistic logic. Equilibrium logic is a nonmonotonic formalism whose semantics is given through a minimisation criterion over HT models. It is closely aligned with answer set programming (ASP), which is a relatively new paradigm for declarative programming. To spell it out, equilibrium logic provides a logical foundation for ASP: it captures the answer set semantics of logic programs and extends the syntax of answer set programs to more general propositional theories, i.e., finite sets of propositional formulas. This dissertation addresses modal logics underlying equilibrium logic as well as its modal extensions. It allows us to provide a comprehensive framework for ASP and to reexamine its logical foundations. In this respect, we first introduce a monotonic modal logic called MEM that is powerful enough to characterise the existence of an equilibrium model as well as the consequence relation in equilibrium models. The logic MEM thus captures the minimisation attitude that is central in the definition of equilibrium models. Then we introduce a dynamic extension of equilibrium logic. We first extend the language of HT logic by two kinds of atomic programs, allowing to update the truth value of a propositional variable here or there, if possible. These atomic programs are then combined by the usual dynamic logic connectives. The resulting formalism is called dynamic here-and-there logic (D-HT), and it allows for atomic change of equilibrium models. Moreover, we relate D-HT to dynamic logic of propositional assignments (DL-PA): propositional assignments set the truth values of propositional variables to either true or false and update the current model in the style of dynamic epistemic logics. Eventually, DL-PA constitutes an alternative monotonic modal logic underlying equilibrium logic. In the beginning of the 90s, Gelfond has introduced epistemic specifications (E-S) as an extension of disjunctive logic programming by epistemic notions. The underlying idea of E-S is to correctly reason about incomplete information, especially in situations when there are multiple answer sets. Related to this aim, he has proposed the world view semantics because the previous answer set semantics was not powerful enough to deal with commonsense reasoning. We here add epistemic operators to the original language of HT logic and define an epistemic version of equilibrium logic. This provides a new semantics not only for Gelfond's epistemic specifications, but also for more general nested epistemic logic programs. Finally, we compare our approach with the already existing semantics, and also provide a strong equivalence result for EHT theories. This paves the way from E-S to epistemic ASP, and can be regarded as a nice starting point for further frameworks of extensions of ASP.

Cette thèse étudie la théorie de la correspondance et la théorie des preuves pour la logique modale monotone et les logiques qui en sont proches.La première partie de la thèse établit une connexion formelle entre la théorie de la correspondance algorithmique et des résultats de caractérisation duale pour les treillis finis, similaire à la caractérisation par Nation d'une hiérarchie de variétés de treillis qui généralise les treillis distributifs. Cette connexion formelle est établie en utilisant la logique modale monotone. Nous adaptons l'algorithme ALBA pour la correspondance à l'environnement de la logique modale monotone, et nous utilisons un encodage, induit par une dualité, des treillis finis sous forme de 'neighbourhood frames' pour traduire les termes de la théorie des treillis en formules de la logic modal monotone.La deuxième partie de la thèse étend la théorie des 'display calculi' à la logique Baltag-Moss-Solecki pour les actions épistémiques et la connaissance (Epistemic Actions and Knowledge), à la logique modale monotone et à la logique propositionnelle dynamique (PDL). Nos résultats incluent plusieurs méta-théorèmes d'élimination de la coupure qui généralisent le théorème original de Belnap dans des dimensions différentes et indépendantes. Les deux principales généralisations des 'display calculi' traitées dans la thèse sont : la généralisation d'une théorie pour les langages ne contenant qu'un seul type à une théorie pour les langages contenant plusieurs types, et la généralisation d'une théorie pour les calculs satisfaisant la propriété de 'display' aux calculs ne la satisfaisant pas. / The present thesis focuses on Monotone Modal Logic and closely related logics from the point of view of Correspondence Theory and Proof Theory.The first part of the thesis establishes a formal connection between algorithmic corre- spondence theory and certain dual characterization results for finite lattices, similar to Nation's characterization of a hierarchy of pseudovarieties of finite lattices progressively generalizing finite distributive lattices. This formal connection is established through monotone modal logic. Specifically, we adapt the correspondence algorithm ALBA to the setting of monotone modal logic, and we use a certain duality-induced encoding of finite lattices as monotone neighbourhood frames to translate lattice terms into formulas in monotone modal logic.The second part of the thesis extends the theory of display calculi to Baltag-Moss- Solecki's logic of Epistemic Actions and Knowledge (EAK), Monotone Modal Logic (MML), and Propositional Dynamic Logic (PDL). Our results include several cut-elimination metatheorems, which generalize the original metatheorem of Belnap in different and mutually independent dimensions. The two main generalizations of display calculi treated in the thesis are: the generalization from single type to multi-type languages, and from the full or relativized display property to no display property.

Cette thèse présente un modèle résilient pour piloter un avion basé sur une logique non monotone. Ce modèle est capable de gérer des solutions à partir d’informations incomplètes, contradictoires et des exceptions. C’est un problème très connu en Intelligence Artificial, qui est étudié depuis plus de 40 ans. Pour ce faire, nous utilisons la logique des défauts pour formaliser la situation et trouver des conclusions possibles. Grâce à cette logique, nous pouvons transformer les règles de pilotage en défauts. Ensuite, lorsque nous calculons les solutions, plusieurs options peuvent en résulter. À ce stade, il existe un critère de décision opportuniste pour choisir la meilleure solution. Le contrôle du système se fait via la propriété de résilience. Nous redéfinissons cette propriété comme l’intégration de la logique non monotone dans le modèle de Minsky. En conséquence, il est démontré que le modèle de résilience proposé pourrait être généralisé aux systèmes intégrant une connaissance du monde contenant des situations, des objectifs et des actions. Enfin, nous présentons les résultats expérimentaux et la conclusion de la thèse en discutant des perspectives et des défis pour les orientations futures. Différentes applications dans d’autres domaines sont prises en compte pour l’intérêt du comportement du modèle. / This thesis presents a resilient model to pilot an aircraft based on a non-monotonic logic. This model is capable of handling solutions from incomplete, contradictory information and exceptions. This is a very well known problem in Artificial Intelligence, which has been studied for more than 40 years. To do this, we use default logic to formalise the situation and find possible conclusions. Thanks to this logic we can transform the piloting rules to defaults. Then, when we calculate the solutions, several options could result. At this point an opportunistic decision criteria takes place to choose the better solution. The control of the system is done via the property of resilence, we redefine this property as the integration of the non-monotonic logic in the Minsky’s model. As a result, it is shown that the proposed resilient model could be generalised to systems that incorporate a knowledge of the world that contains situations, objectives and actions. Finally, we present the experimental results and conclusion of the thesis discussing the prospects and challenges that exist for future directions. Different applications in other fields are taken into account for the interest of the model’s behavior.

Thèse par articles. / La présente thèse fait état des avancées en logique déontique et propose des outils formels pertinents à l'analyse de la validité des inférences légales. D'emblée, la logique vise l'abstraction de différentes structures. Lorsqu'appliquée en argumentation, la logique permet de déterminer les conditions de validité des inférences, fournissant ainsi un critère afin de distinguer entre les bons et les mauvais raisonnements. Comme le montre la multitude de paradoxes en logique déontique, la modélisation des inférences normatives fait cependant face à divers problèmes. D'un point de vue historique, ces difficultés ont donné lieu à différents courants au sein de la littérature, dont les plus importants à ce jour sont ceux qui traitent de l'action et ceux qui visent la modélisation des obligations conditionnelles. La présente thèse de doctorat, qui a été rédigée par articles, vise le développement d'outils formels pertinents à l'analyse du discours juridique. En première partie, nous proposons une revue de la littérature complémentaire à ce qui a été entamé dans Peterson (2011). La seconde partie comprend la contribution théorique proposée. Dans un premier temps, il s'agit d'introduire une logique déontique alternative au système standard. Sans prétendre aller au-delà de ses limites, le système standard de logique déontique possède plusieurs lacunes. La première contribution de cette thèse est d'offrir un système comparable répondant au différentes objections pouvant être formulées contre ce dernier. Cela fait l'objet de deux articles, dont le premier introduit le formalisme nécessaire et le second vulgarise les résultats et les adapte aux fins de l'étude des raisonnements normatifs. En second lieu, les différents problèmes auxquels la logique déontique fait face sont abordés selon la perspective de la théorie des catégories. En analysant la syntaxe des différents systèmes à l'aide des catégories monoïdales, il est possible de lier certains de ces problèmes avec des propriétés structurelles spécifiques des logiques utilisées. Ainsi, une lecture catégorique de la logique déontique permet de motiver l'introduction d'une nouvelle approche syntaxique, définie dans le cadre des catégories monoïdales, de façon à pallier les problèmes relatifs à la modélisation des inférences normatives. En plus de proposer une analyse des différentes logiques de l'action selon la théorie des catégories, la présente thèse étudie les problèmes relatifs aux inférences normatives conditionnelles et propose un système déductif typé. / The present thesis develops formal tools relevant to the analysis of legal discourse. When applied to legal reasoning, logic can be used to model the structure of legal inferences and, as such, it provides a criterion to discriminate between good and bad reasonings. But using logic to model normative reasoning comes with some problems, as shown by the various paradoxes one finds within the literature. From a historical point of view, these paradoxes lead to the introduction of different approaches, such as the ones that emphasize the notion of action and those that try to model conditional normative reasoning. In the first part of this thesis, we provide a review of the literature, which is complementary to the one we did in Peterson (2011). The second part of the thesis concerns our theoretical contribution. First, we propose a monadic deontic logic as an alternative to the standard system, answering many objections that can be made against it. This system is then adapted to model unconditional normative inferences and test their validity. Second, we propose to look at deontic logic from the proof-theoretical perspective of category theory. We begin by proposing a categorical analysis of action logics and then we show that many problems that arise when trying to model conditional normative reasoning come from the structural properties of the logic we use. As such, we show that modeling normative reasoning within the framework of monoidal categories enables us to answer many objections in favour of dyadic and non-monotonic foundations for deontic logic. Finally, we propose a proper typed deontic system to model legal inferences.