Шпора ОДМ( 2 модуль)
.pdf11
B-множество всех студентов в аудитории.
A-множество всех студентов мужского пола (горный факультет).
Если элементы множества A содержатся во множестве B, то записывается это следующим образом:
A B
и читается :"A содержится в B".
АКСИОМЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ
Существует 6 изначальных аксиом теории множеств:
1-Аксиома существования: "существует хотя бы одно множество".
Все аксиомы мы будем сопровождать диаграммами Эйлера.
I |
A |
2-Аксиома эквивалентности:
"если множество A и B состоят из одних и тех же элементов,
то они равны"
A=B
3-Аксиома объединения:
"Для двух произвольных множеств A и B существует такое множество
C, элементами которого является каждый элемент содержащийся хотя бы в одном из этих множеств".
I
A B
Аксиома обобщается на случай нескольких исходных множеств и звучит так: "Для произвольных множеств Ai существует множество C, элементами которого является каждый элемент, содержащийся хотя бы в одном из этих множеств Ai".
Аналитическое выражение для двух множеств:
C =A B
Для операции объединения справедливы свойства:
1) A A=A
12
2)A I = I
3)A =A
Исходя из этих свойств бинарную операцию объединения обозначают следующим образом:
C=A+B
А множественную операцию обозначают:
m
M = Mi
i 1
4-Аксиома пересечения:
"Для двух произвольных множеств A и B существует множество C элементами которого является каждый элемент, принадлежащий как множеству A, так и множеству B".
I
A B
Аналитически записывается C=A B
читается множество C равно пересечению множеств A и B.
Для операции пересечения справедливы следующие соотношения:
1)A A = A
2)A I = I
3)A =
Обобщенная аксиома на случай нескольких исходных множеств:
"Для произвольных множеств Ai существует множество C, элементами которого является каждый элемент, принадлежащий множествам Ai одновременно".
Далее бинарная операция будет обозначаться:
C=A*B
А множественная:
m
M= Mi
i 0
5-Аксиома универсального множества:
"Для произвольной группы множеств Ai всегда можно выбрать такое множество I,
13
что Ai I".
Множество I назовем единичным множеством универсальным.
6-Аксиома пустого множества:
"Всегда существует пустое множество - , которому не принадлежит ни один элемент, иначе нулевое множество".
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ НАД МНОЖЕСТВАМИ. 1.Операция отрицания:
"Для произвольного множества A существует дополнение к единичному множеству, обозначаемое А (не A)".
Следствие:
1)A А = I
2)A А =
Графически изображается следующим образом:
I |
A |
А |
|
|
2.Разность между множествами:
"Для произвольных множеств A,B существует множество C, определяемое как
1.C=A\B=A В
2.C=B\A=B А
Первая формула читается A без B, вторая - B без A.
Графически выглядит следующим образом:
I
A B
Бинарная операция выглядит следующим образом C=A-B
3.Симметрическая разность множеств A,B.
C=A \ B B \ A
Графически выглядит следующим образом:
I
A B
14
Бинарная операция может быть записана следующим образом:
C=(A-B)+(B-A)=A B
ЗАКОНЫ ДЛЯ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ И ОБЪЕДИНЕНИЯ .
Исходя из формулировки объединения и пересечения :
1.Закон коммутативности
A B = B A A B = B A
2.Закон ассоциативности
A (B C)=(A B) C A (B C)=(A B) C
3.Закон дистрибутивности
(A B) C=(A C) (B C)
Доказательство:
Рассмотрим выражение в левой части :
М=(A B) C
Если х М, то значит, что х С и одновременно А или В
Когда х А, х (А С), а когда х В х (В С)
Объединение этих выражений даѐт правую часть.
- (А В) С=(А С) (В С)
Доказательство:
Возьмем правую часть равенства. Согласно закону ассоциативности раскроем скобки и получим:
(А С) (В С)=А В С В А С С С=А В С (упростили используя закон поглощения ). Из записи закона ассоциативности и закона
дистрибутивности видно, что один закон можно получить из другого,
заменив знаки ― ‖ и ― ‖, следовательно, законы двойственны.
4. Закон поглощения
15
Если А содержится в В, то А B=В.
Согласно аксиоме объединения в результирующее множество входят элементы, принадлежащие хотябы одному А или В, а так как все А входят в В то справедливо:
А B=В
А А М=А
Исходя из определения операции пересечения ясно, что А М содержится в А.В итоге получаем А.
Следствие:
Если М=1, то А А=А
5.Свойство степени.
Если множество пересекается с самим собой, то из определения пересечения следует
А А=А
6.Законы де Моргана.
Эти законы позволяют выразить законы объединения и пересечения друг через друга с использованием операции дополнения :
а) А В= А В
Доказательство :
Обозначим через М: М=А В и М = А В . Если теперь объединение М и М даст
единичное множество, то закон будет доказан.
ММ = А В А В = А (В А ) (В В ). Используя определение дополнения получим :
ММ = А В А =1 В=1=I
б) А В= А В
Доказательство :
Обозначим через М: М=А В и М = А В . Если теперь объединение М и М даст единичное множество, то закон будет доказан.
16
М М = А В А В =( А А) (В А ) В = В А В =1 А =1=I
Законы де Моргана так же являются двойственными.
А В=АВ.
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.
1.А А
2.Если А В и В А, то А=В
3.Если А В и В С, то А С
5.А I
6.А В =В А
7.А В =В А
8.А (В С)=(А В) С
9.А (В С)=(А В) С
10.А А = А
11.А (В С)=(А В) (А С)
12.А (В С)=(А В) (А С)
13.А = А
14.А I= I
15.А I = A
16.А A = A
17.А =
18.Если А В, то А В=В, А В=А
19.А А = I
20.A А =
21.=I
22.I =
23.А = A
24.Если А В, то В А
17
25.( А В ) = А В
26.( А В ) = А В
МИНИМИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
МНОЖЕСТВ.
Определим функцию от фрагментов, являющихся множествами. Функцией будем называть взаимооднозначное отображение элементов группы множеств Аi в
элементы множества С. Если каждому элементу С соответствует некоторый
элемент Аi, такую функцию называют всюду значимой С = f (Ai)
f – функция переводит элементы Ai во множество С.
Если пересечение множеств обозначать как функциональную операцию Р , то
Р (А,В) = АВ
На единичном множестве 1 заданы множества А,В,С. В этом случае с помощью известной операции над множествами переводим исходное множество в какое-
либо другое.
f (А,В,С) = АВС А В С A В C A В C АВ AС A С A В;
Записанное выражение назовем формулой. Определим сложность формулы, как
количество, содержащихся в ней исходных множеств. Для приведенного примера сложность =20. При аналазе формул первым вопросом является: «Можно ли
уменьшить сложность формулы?» |
Сделаем это на примере применяя законы |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
дистрибутивности и поглощения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(А,В,С) = АВС А В C |
A В C |
A В C А(В С) A (В С) = |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
= АВС А В C A B C |
A В C |
В С = В А В C A В C С = |
= В C В С = В C В C =1
f(А,В,С) = АС В С A ВС АВС АВ C A В C = АС В С A В АВ
=В АС В С;
Или :
18
F(А,В,С) = АС В С A ВС АВС АВ C A В C = АС В С ВС АВ C
A В C = АС В С ВС В C = С В C
Как видно из примеров минимизация одних и тех же функций может дать разные результаты при применении одних и тех же законов.
СТАНДАРТНЫЕ ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ФОРМУЛ
МНОЖЕСТВ.
На 1 определении М1,М2,М3 совокупность Мi назовем порожд-ми множествами пространства и определим Мi по универсальной формуле:
Мi ; i =1;
Mi i = |
i={0;1} |
||
|
|
|
|
М i ; i =0; |
|||
Мi = |
i = {0,1} |
||
Mi; |
i=0; |
Mi, i – первичный термом
n
Ki = M i i - конституентой
i 1
n - число порожденных множеств.
Перечислим все конституенты нашего примера:
К0 = М 1 М 2 М 3 К1 = М 1 М 2М3 К2 = М 1М2 М 3 К3 = М 1М2М3
К4 = М1 М 2 М 3 К5 = М1 М 2М3 К6 = М1М2 М 3 К3 = М1М2М3
Очевидно, что каждой приведенной коституенте может быть сопоставлено двоичное трехразрядное число, причем каждый разряд будет равен i первичного терма:
К0 = 000; К1 = 001; К2 = 010; К4 =011; К5 = 100; К6 = 110; К7 = 111.
Если учесть, что каждой конституенте длины П можно сопоставить n разр.
двоичное число, то общее количество конституент равно:
19
N = 2n
1)Выражения, заданные с помощью формул,могут быть упрощены.
2)Необходимые шаги для упрощения не всегда очевидны и сложность упрощения находится в прямой зависимости от числа аргументов в формуле.
3)Для упрощения выражения произв. вида и произв. количества аргументов
необходимо использовать математический аппарат минимизации функций подмножеств.
Пересечение двух различных конституент - пустое множество.
Пересечение двух конституент – есть пересечение всех первичных термов их составляющих, если конституенты не равны, то найдется хотя бы 1 разряд с несовпадающими первичными термами.
Обозначим этот разряд через i.
Mi i *Mi i*=
Объединение всех коституент, порожденных множествами Mi на универсальном множестве равно самому универсальному множеству:
n-1 |
|
|
|
|
|
|
|
I= (Mi M i) |
|||||||
i 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n=1 |
M1, M 1 M1+ M 1=I |
||||||
|
2 ^k-1 |
||||||
n=k |
к j = I |
j 0
С помощью конституент, образованных множествами Mi ,можно представить исходное универсальное множество.
1. Проиллюстрируем на графическом примере:
(универсальное множество I, внутри М1-квадрат, М2-треугольник, М3-круг).
I |
|
|
М3 |
|
1 |
4 |
7 |
5 |
|
|
3 |
М1 6 |
20
В дополнение к рассматриваемым свойствам ,рассмотрим сколько множеств на I можно образовать из конституент.
Для этого произвольному множеству сопоставим m-разрядное двоичное число,где m-длина конституент. При этом 0-отсутствие конституенты, 1-
присутствует.
Так например, двоичному числу
01101001 соответствует множество, из объединенных 0,3,5,и 6 конституент.
Вместо двоичных чисел можно использовать их десятичный эквивалент: d = 1+23+25+26 = 1+8+32+64 = 40+ 65 = 105
Если любому, образованному из конституент, множеству соответствует m-
разрядное двоичное число, то таких множеств может быть 2m,а так как число конституент = 2n , где n-число образованных множеств,то общее число, которое образуется из конституент = 22^n
Для иллюстрации это количество -256.
Рассмотрев понятие конституент зададимся вопросом:»Как конституенты связаны
сфункциями от образующих множеств?»
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ УТВЕРЖДЕНИЯ.
Множество Mi равно объединению всех конституент ,содержащих Mi
Рассмотрим равенство:
2 ^n-1
I = к j-1 j 0
Возьмем пересечение левых и правых частей с Mi
2 ^n-1
Mi = к j-1Mi
j 0
Рассмотрим выражение Кj,Mi. Для него возможны два случая:
1.Kj не содержит в себе Mi, Ki*Mi = 2.Kj Mi , Kj*Mi =Kj