Лекция дискрет 11
.pdfЛекция № 11 20 ноября 2015 г.
Глава 3. Логические функции
Из §§ 2.1, 3.1
n-арная операция на множестве М – функция φ: Mn M
Логическая функция – n-арная операция на множестве B = {0, 1}, т.е. функция f: Bn B
Множество всех логических функций - P2
Множество всех логических функций n переменных - P2(n)
Логическая формула глубины k над множеством логических функций Σ = { f1, f2, … , fm, … }
1. Символы переменных x1, x2, … , xn, … - логические формулы глубины 0 над множеством логических функций Σ.
2. Пусть F1, F2, … , Fni – логические формулы глубины не более k над множеством логических функций Σ, причём хотя бы одна из них имеет глубину ровно k. Пусть также
fi ( x1, x2, … , xni ) Σ – логическая функция.
Тогда fi ( F1, F2, … , Fni ) – логическая формула глубины (k+1) над множеством логических функций Σ.
3. Других логических формул над множеством логических функций Σ нет.
Th.3.1.1 Всякая логическая функция f (x1, x2, … , xn) может быть представлена в виде
f (x1, x2, … , xm, xm+1, … , xn) =
= (x1α1 & … & xmαm & f (α1, … , αm, xm+1, … , xn)) (▼)
α1...αm
Здесь: m n; дизъюнкция берётся по всем 2m наборам значений переменных α1, … , αm
Равенство (▼) – разложение функции f (x1, … , xn) по переменным
x |
, … , x |
|
Формула1 |
m (x1α1 & … & xmαm & f (α1, … , αm, xm+1, … , xn)) |
|
|
α1...αm |
|
- дизъюнктивная нормальная форма (ДНФ) функции f (x1, … , xn) |
||
|
|
|
m = n: f (x1, … , xn) = (x1α1 & … & xnαn) |
(▼▼▼) |
|
|
f( 1,…, n) = 1 |
|
Равенство (▼▼▼) – совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) функции f (x1, … , xn)
Th.3.1.2 |
Всякая логическая функция f (x1, x2, … , xn) может быть |
|
||||||||||
|
представлена в виде |
|
|
|||||||||
f (x1, x2, … , xm, xm+1, … , xn) = |
|
|
||||||||||
= & |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(x1α1 … |
xm |
αm f (α1, … , αm, xm+1, … , xn)) |
(▲ ) |
|||||||||
α1...αm |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Здесь: m n; конъюнкция берётся по всем 2m наборам значений |
|
|||||||||||
переменных α1, … , αm |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Формула |
|
|
|
|
α1 |
|
|
|
|
αm |
f (α1, … , αm, xm+1, … , xn)) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
& (x1 |
… xm |
|
α1...αm
- конъюнктивная нормальная форма (КНФ) функции f (x1, … , xn)
|
|
α1 |
|
|
αn |
) |
(▼▼▼) |
|
|
|
|||||
m = n: f (x1, … , xn) = & (x1 |
… xn |
|
f( 1,…, n) = 0
Равенство (▼▼▼) – совершенная конъюнктивная нормальная форма (СДНФ) функции f (x1, … , xn)
§ 3.2. Алгебры логических функций
Из Принципов Джона фон Неймана (США) – С.А.Лебедева (СССР)
Компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.
Программа, так же как и числа, с которыми оперирует компьютер, записываются в двоичном коде, то есть по форме представления команды и числа однотипны.
В компьютере используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над двоичными кодами осуществляются одновременно над всеми разрядами).
1) Булевские формулы
Булевская формула – это логическая формула, которая содержит, кроме знаков переменных и скобок, только символы операций дизъюнкции, конъюнкции и отрицания
Th.3.2.1
Всякая логическая функция может быть представлена булевской формулой
Доказательство Th.3.2.1
Совершенная дизъюнктивная и совершенная конъюнктивная формы (§ 3.1) – булевские формулы. Согласно Th.3.1.1 и Th.3.1.2 любая логическая функция, кроме константы 0, может быть представлена СДНФ, а кроме константы 1 - СКНФ
Доказано Th.3.2.1
Введём бинарные и унарные операции на Р2, т.е. функции вида : P22 P2 и : P2 P2 следующим путём:
Функция f1 представлена |
Функция f2 представлена |
||
формулой F1 |
|
|
формулой F2 |
Формула F1 |
Формула F1 F2 |
Формула F1 & F2 |
|
представляет |
представляет |
представляет |
|
функцию f3 |
функцию f4 |
функцию f5 |
По определению: |
f1 = f3 |
|
f1 f2 = f4 |
|
f1 & f2 = f5 |
Введённые таким образом на Р2 операции - булевские операции
Свойства булевских операций
Ассоциативность |
|
|
x1 & (x2 & x3) = (x1 & x2) & x3 |
(3.2.1) |
|
x1 (x2 x3) = (x1 x2) x3 |
|
|
Коммутативность |
|
|
x1 & x2 = x2 & x1 |
x1 x2 = x2 x1 |
(3.2.2) |
Дистрибутивность конъюнкции относительно дизъюнкции
x1 & (x2 x3) = (x1 & x2) (x1 & x3 ) |
(3.2.3) |
Дистрибутивность дизъюнкции относительно конъюнкции
x1 (x2 & x3) = (x1 |
x2) & (x1 |
x3 ) |
(3.2.4) |
Идемпотентность |
Двойное отрицание |
||
x & x = x x x = x |
(3.2.5) |
x = x |
(3.2.6) |
Свойства констант
x & 1 = x |
x & 0 = 0 |
|
x 1 = 1 |
x 0 = x |
(3.2.7) |
0 = 1 |
1 = 0 |
|
Правила де Моргана |
|
|
(x1 |
& x2) = x1 x2 |
(3.2.8) |
(x1 x2) = x1 & x2 |
|
|
Закон противоречия |
Закон исключённого третьего |
|
x & x = 0 (3.2.9) |
x x = 1 |
(3.2.10) |