Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
основы_теории_информации.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
621.57 Кб
Скачать

Контрольные вопросы

1. Что понимают под прямым кодом числа ?

2. Как образуется обратный код целого положительного числа?

3. Как образуется обратный код целого отрицательного числа ?

4. Каков алгоритм сложения чисел в прямом коде?

5. Каков алгоритм сложения чисел в обратном коде?

6. Чем характеризуется модифицированный обратный код?

1.2. Элементы алгебры логики

Лабораторная работа №1, Логические операции, равносильность формул.

Цель работы. Изучить логические операции и основные равносильности алгебры логики, научиться составлять таблицы истинности для формул алгебры логики и преобразовывать формулы, используя основные равносильности и правила поглощения.

Задание 1. Постройте таблицы истинности для высказываний

1) (X&Y)->X; 2) Xv(Y->X); 3) (X->Y)->X;

4) (X&Y)->(XvY); 5) (X <-> Y)-( Y); 6) (X&Y)<->X;

7) (X <-> Y)-> Y; 8) (XvY)<->(X->Y);

9) (X\/Y)->X&Y; 10) (X& Y) ->(X <-> Y).

Методические указания.

Пример.

Построить таблицу истинности для высказывания (XvY)->X.

X

Y

X\/Y

X

(XvY)->X

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

Задание 2. Используя основные равносильности алгебры логики, докажите равносильность формул:

1) (X&Y)vX=X; 2) (X&Y)vX = X;

3) (X&Y)vX = X; 4) (X&Y)vX=XvY;

5) (X&Y) & (X&Y)= X,: 6) (XvY)&(YvZ)=(X&Z)vY.

Методические указания.

Основные равносильности алгебры логики:

1. А = А — закон двойного отрицания.

2. А &В = В & А — коммутативный закон для конъюнкции.

3. AvB = BvAкоммутативный закон для дизъюнкции.

4. & В) & С = А & & С) — ассоциативный закон для конъюнкции.

5. (A v В) v С = A v v С) — ассоциативный закон для дизъюнкции.

6. A & (B v С) = (A & B) v (А &С) — дистрибутивный закон.

7. A v & С) = (A v B) & (A v С) — дистрибутивный закон.

8. А & А =А — закон идемпотентности для конъюнкции.

9. A v A = А — закон идемпотентности для дизъюнкции.

10. (А & В) v А = А — закон поглощения.

11. (A v B) & А = А — закон поглощения.

12. A&B = AvBзакон де Моргана.

13. A v B = A&B — закон де Моргана.

14. А & 1 = А — закон единицы для конъюнкции,

15. А & 0 = 0 — закон нуля для конъюнкции.

16. A v 1 = 1 — закон единицы для дизъюнкции.

17. A v 0 = А — закон нуля для дизъюнкции.

Пример.

Доказать, что Xv(X&Y)=X.

Решение. Закон единицы для конъюнкции позволяет заменить X на X &1:

Xv(X&Y) = (X&l)v(X&Y).

Используя дистрибутивный закон, вынесем X за скобки:

Xv(X&Y) = (X&1)v(X&Y)=X&(1vY).

Закон единицы для дизъюнкции гласит 1vY = 1 , а закон еди­ницы для дизъюнкции X&1 = X позволяет получить искомое выражение:

Xv(X&Y) = (X&1)v(X&Y) = X&(1vY) = X&1=X, что требовалось доказать.

Задание 3. Используя основные равносильности алгебры логики, а также равносильности, упростите формулы:

1) (Х-Х) -> Х; 2) (X->Y) -> Х;

3)(X<->Y)vX; 4)X&Y->X;

5) (X -> Y) -> (X -> Y);

6) (XvX)->( Y & Y);

7) (Х<-> Y)& (Y vX);

8) (X- >Y) &(Y->Z) -> (Z->X);

9) (X &Y)v(X&Y)v(Z&Y)v(X&Y&Z).

Методические указания.

Пример.

Используя основные равносильности алгебры логики, а также равносильности A->B=AvB и A<->B=(A->B)&(B->A)=(A&B)v (A&B), упростить формулу (X->Y) ->Y.

Решение.

(X->Y)->Y=(XvY)->Y =XvYvY=(X&Y)vY=(X&Y)vY = (XvY)&(YvY) =(XvY)&1 = XvY.

Ответ: (X-*Y)->Y=Xv Y.

Задание 4 (обобщающее).

Методические указания.

Логическую операцию «конъюнкция» в формулах алгебры логики можно опускать, т.е. выражение А&В можно записывать в виде АВ.

Пример.

Для заданного высказывания (X <-> Y) v (X -> YZ):

1) построить таблицу истинности;

2) упростить высказывание, используя равносильные преобразования;

3) полученный результат проверить, построив для него таблицу истинности.

Решение.

  1. Таблица истинности:

Пусть U = (X<->Y)v(X->YZ)

X

Y

Z

X

YZ

X->YZ

X<->Y

U

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

l

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

l

0

0

1

0

]

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

2) Выполнить равносильные преобразования, используя X <-> Y = XYvXY и A->B = AvB, имеем:

(X <-> Y) v (X -> YZ) = (XY v Y) v (X v YZ) = XYvXYvXvYZ = XYvXvYZ =

(в последнем преобразовании для первого и третьего слагаемых использовали правило поглощения АВ v А =.А (I), далее использовать другое правило поглощения Av AB = Av В (2), получили)

= YvXvYZ = YvXvZ.

Еще раз использовали правило поглощения (2).

3) Для полученного выражения построить таблицу истинности:

X

Y

Z

Y

YvX

Y v X v Z

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

Результирующие (последние) столбцы в двух таблицах совпали, следовательно, выполненные преобразования верны.

Задания для самостоятельной работы

Для заданного логического выражения (высказывания):

1) построить таблицу истинности;

2) упростить высказывание, используя равносильные преобразования;

3) полученный результат проверить, построив для него таблицу истинности.

Вариант

Вариант

1.

(A<->B)vABvC

2.

(А->B)vACv ВС

3.

(AC->B)vAC

4.

ABv(A<->C)B

5.

-> В)(АС v ВС)

6.

(A~C)vABvAC

7.

(A->C)vABvBC

8.

(C-B)vACvBC

9.

(ВС ->A)vAC

10.

(AB ->C)vAC

11.

-> С)(ВС v АВ)

12.

(A <-> B)(A -> BC)

13.

(B->C)vABv АС

14.

(A -> BC) v ABvBC

15.

(AC ->B)vBC

16.

Bv(A<->CB)vAC

17.

(АС-> В) v ABC

18.

(A ~ C)(BC-> AB)

19.

(B->C)v(B->AC)

20.

(AB->C)vAv AC

21.

(A<->C)v(AB->C)

22.

(AB->C)vABC

23.

(AB ->C)vAC

24.

(A -> BС)(A - C)

25.

<->B)(A -> ВС)

26.

(A->B)(СA->В)

Контрольные вопросы

/. Какие основные логические операции вам известны ?

2. Перечислите основные равносильности алгебры логики.

3. Постройте таблицы истинности для основных логических операций.

Лабораторная работа №2. Приложения алгебры логики

Цель работы. Изучить приложения алгебры логики к построению электронных схем и решению логических задач.

Логические элементы на комбинационных схемах имеют обозначения:

Отрицание

Дизъюнкция

Н апример, схеме - соответствует формула а&Ь&с, или abc, в которой символ конъюнкции опущен. А схема реализует формулу avbvc.

Пример 1.

Для заданной комбинационной схемы построить аналитическое выражение и, если возможно, равносильную ей упрощенную схему.

Здесь U = xl&x2, V=х3&х4,

W1 = UvV = (xl&x2)v(x3&x4),

W2 = U & V = (xl & х2) & (хЗ & х4),

y = W1vW2= (xl & х2) v (х3 & х4) & (xl & х2) & (х3 & х4).

Преобразуем последнее выражение по закону де Моргана. Получаем у = ((xl & х2) v (хЗ & х4)) v (xl & х2) & (х3 & х4).

Используя законы ассоциативности и правила приоритета логических операций, получаем у = xlx2 v x3x4 v xlx2x3x4. Осталось вос­пользоваться правилом поглощения A v AB = А, в результате получим упрощенную формулу, равносильную данной у = xlx2vx3x4.

Ей соответствует упрощенная комбинационная схема

Пример 2.

Для заданной логической таблицы функции у(а,

а

b

с

V

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

b,с) записать аналитическое выражение и построить комбинационную схему.

Рассмотрим строки таблицы, в которых функция принимает значение 1. На базе этих строк построим элементарные конъюнкции по следующему правилу: единицу заменим именем аргумента, а нуль - именем аргумента с отрицанием. Полученные таким образом элементарные конъюнкции соединим знаками дизъюнкции. Для рассматриваемого примера имеем

(а & Ь & с) v (а & b & с) v (а & Ъ & с) v (а & b & с) = abc v abc v abc v abc. Объединим первое и четвертое слагаемые и вынесем за скобки bc, получаем bс{а v a) v abc vabc = bcvabcv abc. Объединим первое и второе слагаемые, вынесем за скобки с, а к выражению в скобках применим правило поглощения: Av АВ = Av В. Получаем

c(b v ab) v abc = c(b v a) v abc = bcv acv abc = be v a(c v be) =

= bcv a(cvb).

Найденному аналитическому выражению соответствует схема

Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Для заданной комбинационной схемы постройте аналитическое выражение, упростите его с помощью равносильных преобразований и, если возможно, нарисуйте упрощенную схему.

Задание 2.

Для заданной логической таблицы функции у(а, b,с) запишите аналитическое выражение и постройте комбинационную схему.

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0


Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0


Вариант 6

Вариант 7

Вариант 8

Вариант 9

Вариант 10

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1


Вариант 14

Вариант 15

Вариант 11

Вариант 12

Вариант 13

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0


А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0


А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

Вариант 16

Вариант 17

Вариант 18

Вариант 19

Вариант 20


А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0


Вариант 21

Вариант 22

Вариант 23

Вариант 24

Вариант 25

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

А

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1


Решение логических задач средствами алгебры логики

Пример 3.

Рассмотрим задачу «Кто есть кто?», вошедшую в большинство учебников по математической логике.

По подозрению в совершенном преступлении задержаны Браун, Джон и Смит. Один из них — известный мошенник, другой — малоизвестный чиновник, третий — уважаемый старик. Известно, что старик всегда говорит правду, мошенник всегда лжет, а чиновник в одном случае лжет, в другом говорит правду. Их высказывания:

Браун: «Я совершил преступление, Джон невиновен».

Джон: «Преступник - Смит, Браун невиновен».

Смит: «Я невиновен, виновен Браун».

Определите имя старика, чиновника и мошенника и кто из них виновен в преступлении, если известно, что преступник только один.

Решение.

Обозначим буквами Б, Д, С соответственно высказывания: «виновен Браун», «виновен Джон», «виновен Смит». Тогда их утвержде­ниям соответствуют формулы Б&Д, С&Б , С&Б . Запишем в виде таблицы смысловое значение этих формул.

Высказывания

Виновен Браун

Виновен Джон

Виновен Смит

Браун

Да

Нет

Джон

Нет

Да

Смит

Да

Нет

По условию задачи один из них всегда лжет, т.е. одно из высказываний ложно. Так как кто-то всегда говорит правду, то одно из них истинно. Высказывание третьего также будет ложным как конъюнкция ложи и истины. Следовательно, из условия задачи вытекает, что только одно из этих высказываний может быть истинным. Получим истинную формулу:

и = (Б&Д)v/(С&Б)v(С&Б) = 1.

Составим для этой формулы таблицу истинности:

№п/п

Б

Д

С

Б

Д

С

Б&Д

С&Б

С&Б

U

1

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

2

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

3

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

4

0

1

1

1

0

0

0

1

0

1

5

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

6

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

7

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

8

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

Из таблицы видно, что формула истинна только в пяти случаях, причем только в четырех из них истинна только одна конъюнкция, это строки с номерами 2, 4, 6, 7. Так как преступник только один, столбцы Б, Д, С должны содержать только одну единицу и Два нуля. В строках 4, 6, 7 оказывается по два истинных высказывания. Сле­довательно, остается только один случай, описанный строкой 2. Таким образом, определяем преступника — это Смит.

Так как преступник Смит, Джон говорил правду, а значит, старика зовут Джон. Оба высказывания Смита «Я не виновен» и «виновен Браун» ложны, так как мы уже знаем, что виновен он. Следовательно, Смит дважды лжет, и он — мошенник по условию задачи. Одно из высказываний Брауна: «Я совершил преступление» — ложно, а другое: «Джон невиновен» — истинно. Следовательно, Браун — чиновник.

Ответ: Джон — старик, Смит — мошенник (он же преступник), Браун — чиновник.

Пример 4.

Алекс, Боб, Джек и Сэм учатся в разных группах. Вот что они говорят:

Алекс: «Я студент 3-й группы, Сэм - 1-й». Боб: «Я студент 3-й группы, Алекс — 2-й». Сэм: «Я студент 2-й группы, Боб - 4-й».

Известно, чтобы запутать слушателей, каждый из них в одном высказывании говорит ложь, в другом правду. Определите, в какой из четырех групп учится каждый студент.

Решение.

Обозначим Ак, Бк, Дк, Ск высказывания «Алекс студент К-й группы», «Боб студент К-й группы», «Джек студент К-й группы», «Сэм студент К-й группы».

Рассмотрим высказывание Алекса, и предположим, что А3 = 1, тогда С, = 0. Тогда в высказывании Боба А^ = 0 (так как истина -«Алекс учится в 3-й группе») и Б3 = 1, а в высказывании Сэма Б4 = 0 (так как истина - «Боб учится в 3-й группе») иС,= 1.

Получили истинность высказываний: С2, А3, Б3. Этого не может быть, по условию задачи они студенты разных групп, а мы получи­ли, что Алекс и Боб учатся в 3-й группе.

Пусть в высказывании Алекса А3 = 0, и С, = 1. Тогда в высказы­вании Сэма С2 = 0 и Б4 = 1, а в высказывании Боба А2 = 1, а Б3 = 0. В этом случае истинны высказывания: С,, А2, Б4.

Ответ: В 1-й группе учится Сэм, во 2-й — Алекс, в 3-й — Джек, в 4-й - Боб.

Задание 3 (для самостоятельной работы).

  1. Кто из студентов А, В, С изучал информатику, если высказывание «Если изучал А, то и В изучал тоже» истинно, а «Если изу­чал С, то изучал и В» — ложно.

  1. Определите, кто из трех студентов сдал экзамен, если известно:

  1. «Если сдал первый, то и второй сдал».

  2. «Если сдал второй, то и третий сдал».

  3. «Если сдал третий, то второй сдал, а первый нет».

Указание. Решение постройте на основе таблицы истинности.

3) На экзамене пять студентов набрали 30, 35, 40, 45, 50 баллов. На вопрос: «Какой у вас балл?» они ответили следующее: Ален: «У меня — 30, у Джона — 40».

Боб: «У меня — 30, у Петра — 35». Петр: «У меня — 30, у Джона — 45». Джон: «У меня — 40, у Майкла — 50». Майкл: «У меня — 50, у Алена — 45».

Сколько баллов набрал каждый из них, если в их утверждениях одно ложное, а другое истинное?

4) Четырех друзей пригласили на праздник. Известно:

  1. Если пригнел первый, то и второй тоже.

  2. Если пришел второй, то не пришел первый или пришел третий.

  3. Если пришел четвертый, то и первый тоже.

4. Если четвертый не пришел, то первый пришел, а третий - нет.

Определите, кто из них присутствовал на празднике.

Указание. Решение постройте на основе таблицы истинности.

5) После сдачи экзамена студенты придумали игру. Каждый из них информировал о результатах экзамена так, что одно из утверждений было ложно, а другое истинно.

  1. «А набрал 90 баллов, а В — 60».

  2. «А набрал 80 баллов, a F — 50».

  3. «С набрал 80 баллов, a F — 70».

  4. «С набрал 90 баллов, a D — 80».

  5. «Е набрал 100 баллов, а В — 80».

Известно, что равное количество баллов не получил никто. Кто и какие баллы набрал в действительности?