- •Лекция №1 Основные способы задания двоичных функций
- •§1.1 Табличный способ задания
- •Определение 1.1.9Множество двоичных наборов
- •§1.2 Геометрический способ задания
- •§1.3 Задание двоичных функций формулами
- •Основные способы задания двоичных функций. (продолжение)
- •§2.1 Нормальные формы двоичных функций.
- •§2.2 Многочлен Жегалкина и действительный
- •§ 2.3. Теорема о разложении в ряд Фурье.
- •§3.1 Полнота и замкнутость. Функционально полные системы.
- •§3.2. Замкнутые классы булевых функций.
- •§3.3 Критерий полноты системы булевых функций.
- •§4.1. Псевдобулевы функции.
- •§ 4.2. Функции к-значной логики.
- •Лекция №5
- •5.1 Минимизация двоичных функции.
- •5.2 Геометрическая интерпретация минимизации днф.
- •Лекция №6
- •6.1 Метод Квайка – Мак-Класски нахождения сокращённой днф двоичной функции.
- •6.2 Метод нахождения тупиковых днф.
- •Лекция №7
- •7.1 Алгебраические системы. Булевы алгебры.
- •7.2 Изоморфизм алгебраических систем.
Основные способы задания двоичных функций. (продолжение)
§2.1 Нормальные формы двоичных функций.
Всюду в этом параграфе рассматриваются
формулы над классом
.
Обозначим через
функцию
Очевидно, что
тогда и только тогда, когда
,![]()
Определение 2.1.1Элементарной
конъюнкцией называются формулы вида
,
где все переменные различны.Рангомэлементарной конъюнкции называется
число входящих в неё переменных.
Непосредственно из определения 2.1.1
получаем, что элементарная конъюнкция
принимает единичное значение в том и
только том случае, когда
,
.
Этот факт запомним как свойство
элементарных конъюнкций.
Определение 2.1.2.Дизъюнктивной
нормальнойформой (ДНФ) называется
формула вида
,
где дизъюнкция берется по некоторым
наборам
,
и
,
.
Обозначим через
функцию, полученную из функции
фиксацией первых
переменных значениями
.
Из следующей теоремы вытекает, что любую
двоичную функцию можно задать с помощью
ДНФ.
Теорема 2.1.3 (о разложении функции).При любом
,
,
двоичную функцию
можно представить в виде:
(2.1.4)
![]()
Доказательство.Покажем, что
функция, стоящая в левой и правой части
равенства 2.1.4 , принимает одинаковое
значение при одинаковых значениях
переменной. Пусть
.
Тогда в силу свойств элементарных
конъюнкций значение функции из правой
части равно
=
.
Теорема доказана.![]()
Следствие 2.1.5
(2.1.6)
Доказательство.Следует из теоремы
2.1.3, если положить![]()
Следствие 2.1.7
(2.1.8)
Доказательство.Вытекает из следствия 2.1.5 при перенумерации переменных.
Замечание 2.1.9.Разложение (2.1.6) называется разложением Шеннона.
Следствие 2.1.10
(2.1.11)
Доказательство.Следует из теоремы
2.1.3 , если положить
.
Замечание 2.1.12.В разложении 2.1.11 можно опустить все элементарные конъюнкции, которым соответствуют нулевые значения функций. Полученная в результате формула имеет вид :
(2.1.13)
Определение 2.1.14.Равенство
(2.1.13) называется совершенной ДНФ (СДНФ)
функции
.
Как построить СДНФ функции
?
СДНФ двоичной функции легко построить
по ее табличному заданию. С этой целью
для каждого набора аргументов
,
на котором функция принимает единичное
значение, строится элементарная
конъюнкция ранга
по правилу:
(2.1.15)
Затем берется дизъюнкция всех построенных элементарных конъюнкций. Приведём пример:
Пример 2.1.16.Пусть функция
задана
следующей таблицей:
|
|
|
|
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 |
0 1 0 1 0 0 1 1 |
Построим для неё СДНФ:
![]()
![]()
![]()
![]()
Поэтому:
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
Заметим, что СДНФ является частным
случаем ДНФ. В ней все элементарные
конъюнкции имеют ранг
.
Отличительной особенностью СДНФ
является то, что она однозначно
определяется по функции
.Действительно, все элементарные
конъюнкции в ней находятся во
взаимно-однозначном соответствии с
векторами
из области истинности функции:
.
В отличие от СДНФ, ДНФ не однозначно
соответствует функции. Так функция
из предыдущего примера может быть
записана в виде следующих ДНФ:
![]()
Аналогично ДНФ вводятся конъюктивные
нормальные формы (КНФ). Они являются
конъюнкциями элементарных дизъюнкций
и
имеют вид
,
где конъюнкция берется по некоторым
наборам
,
,
.
Как и в случае СДНФ можно показать, что
функции
соответствует однозначно определенная
КНФ( называемаясовершенная КНФ), в
которой все элементарные дизъюнкции
имеют ранг
.
Её можно получить из СДНФ функции
:
с помощью соотношений:
,
.
Из свойств 1.3.5 и 1.3.6 равносильных формул
имеем :
![]()
=
=
.
СКНФ функции
легко
строится по её табличному зданию. Для
функции
,
заданной таблицей 2.1.17, получаем:
![]()
![]()
![]()
![]()
Поэтому
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
