- •Оглавление
- •Глава 1. Алгебраические системы 17
- •Глава 2. Элементы комбинаторики 88
- •Глава 3. Основы теории графов 101
- •Глава 4. Основы математической логики 169
- •4.1.1.4. Эквивалентные преобразования формул 179
- •4.1.4. Выполнить подстановку: 247
- •Глава 5. Основы теории алгоритмов 252
- •Глава 6. Конечные автоматы 289
- •Введение
- •Глава 1. Алгебраические системы
- •1.1 Множества
- •1.1.1. Четкие множества
- •1.1.2. Нечеткие множества
- •1.2. Соответствия, отображения и функции
- •1.2.1. Четкие отображения и функции
- •1.2.2. Нечеткие отображения
- •1.3. Отношение
- •1.3.1. Четкие отношения
- •1.3.2. Нечеткое отношение
- •1.4. Элементы общей алгебры
- •1.5. Булева алгебра
- •1.5.1. Булевы операции
- •1.5.2. Законы булевой алгебры
- •1.5.3. Формула булевой функции
- •1.5.4. Описание булевой функции
- •1.5.5. Суперпозиция булевых функций
- •1.5.6. Свойства булевых функций
- •1.5.6.1. Самодвойственные булевы функции
- •1.5.6.2. Монотонные булевы функции
- •1.5.6.3. Линейные булевы функции
- •1.5.6.4. Функции, сохраняющие “0”
- •1.5.6.5. Функции, сохраняющие “1”
- •1.5.6.6. Функционально полные системы
- •1.5.7. Разложение булевых функции
- •1.5.7.1. Днф булевой функции
- •1.5.7.2. Кнф булевой функции
- •Алгоритм преобразования формулы к скнф:
- •1.5.8. Минимизация булевых функций.
- •1.5.8.1.Минимизация днф булевой функции
- •1.5.8.2. Минимизация кнф булевой функции
- •1.6. Алгебра четких множеств
- •1.6.1. Операции над множествами
- •1.6.2. Законы алгебры множеств
- •1.6.3. Эквивалентные преобразования формул
- •1.6.4. Композиция отображений и отношений
- •1.6.5. Поиск неизвестного множества
- •1.7. Алгебра нечетких множеств
- •1.7.1. Операции над нечеткими множествами
- •1.7.2. Композиция нечетких отображений
- •1.7.3. Композиция нечетких отношений
- •1.7.4. Свойства нечетких отношений
- •Вопросы и задачи
- •Глава 2. Элементы комбинаторики
- •2.1. Размещение из n элементов по k
- •2.2. Перестановка элементов
- •2.3 Сочетание из n элементов по k
- •2.4. Разбиение множества
- •2. 5 Правила комбинаторики
- •Вопросы и задачи
- •Глава 3. Основы теории графов
- •3.1. Граф и его характеристики
- •3.2. Описание графа
- •3. 3. Числа графа
- •3.4. Операции над графами
- •3.4.1. Унарные операции
- •3.4.1.1 Поиск дополнительного графа
- •3.4.1.2. Введение и удаление вершин графа
- •3.4.1.3. Стягивание вершин графа
- •3.4.1.4. Введение и удаление ребер графа
- •3.4.1.5. Поиск плотности и неплотности графа
- •3.4.1.6. Поиск числа компонент связности графа
- •3.4.1.7. Поиск устойчивости графа
- •3.4.1.8. Поиск цикломатического числа графа
- •3.4.1.9. Поиск хроматического числа графа
- •3.4.2. Бинарные операции
- •3.4.2.1. Объединение графов
- •3.4.2.2. Пересечение графов
- •3.4.2.3. Композиция графов
- •3.4.2.4. Соединение графов
- •3.4.2.5. Прямое произведение графов
- •3.4.2.6. Изоморфизм графов
- •3.5. Некоторые алгоритмы на графах
- •3.5.1. Построение покрывающего остова
- •3.5.2. Построение остова минимального веса
- •3.5.3. Поиск кратчайших путей в сети.
- •3.5.4. Поиск максимального потока в сети
- •3.5.5. Метод критического пути в управлении
- •3.6. Нечеткие графы
- •Вопросы и задачи
- •Глава 4. Основы математической логики
- •4.1. Логика высказываний
- •4.1.1. Алгебра высказываний
- •4.1.1.1. Логические операции
- •4.1.1.2. Правила записи сложных формул.
- •4.1.1.3. Законы алгебры высказываний
- •4.1.1.4. Эквивалентные преобразования формул
- •4.1.1.5. Нормальные формы формул
- •4.1.2. Исчисление высказываний
- •4.1.2.1. Интерпретация формул
- •4.1.2.2. Аксиомы и правила введения и удаления логических связок
- •4.1.2.3. Метод дедуктивного вывода
- •4.1.2.4. Принцип резолюции
- •4. 2. Логика предикатов
- •4.2.1. Алгебра предикатов
- •4.2.1.1. Законы алгебры предикатов
- •4.2.1.2. Предваренная нормальная форма формулы
- •4.2.1.3 Сколемовская стандартная форма формулы
- •4. 2. 2. Исчисление предикатов
- •4.2.2.1. Правила подстановки
- •4.2.2.2. Правила введения и удаления кванторов
- •4.2.2.3. Правила заключения
- •4.2.2.4. Метод дедуктивного вывода
- •4.2.2.5. Принцип резолюции
- •4.2.2.6. Логическое программирование
- •4.3. Логика реляционная
- •4.3.1 Реляционная алгебра
- •4.3.1.1. Унарные операции
- •4.3.1.2. Бинарные операции
- •4.3.1.3. Правила реляционной алгебры
- •4.3.2. Реляционное исчисление
- •4.3.3. Языки реляционной логики
- •4.4. Нечеткая логика
- •4.4.1. Нечеткое исчисление
- •4.4.2. Экспертные системы
- •Вопросы и задачи
- •Глава 5. Основы теории алгоритмов
- •5.1. Рекурсивные функции
- •5.1.1. Базовые функции
- •5.1.2. Элементарные операции
- •5.2. Машина Тьюринга
- •5.2.1. Описание машины Тьюринга
- •5.2.2. Примеры машин Тьюринга
- •5.2.3. Композиция машин Тьюринга
- •5.3. Нормальные алгоритмы Маркова
- •5.4 Сложность вычислений
- •Вопросы и задачи
- •Глава 6. Конечные автоматы
- •6.1. Абстрактный автомат
- •6.1.1. Типы конечных автоматов
- •6.1.2. Описание автоматов
- •6.1.3. Автоматное моделирование алгоритмов
- •6.1.3.1. Автомат Мили - модель управляющего автомата
- •6.1.3.2. Автомат Мура - модель управляющего автомата
- •6.1.3.3. Микропрограммный автомат
- •6.1.4. Эквивалентность автоматов
- •6.1.5. Эквивалентность внутренних состояний автомата
- •6.1.5.1. Детерминированный автомат
- •6.1.5.2. Недетерминированный автомат
- •6.2. Структурный автомат
- •6.2.1. Произведение автоматов
- •6.2.1.1. Последовательное соединение автоматов
- •6.2.1.2. Параллельное соединение автоматов
- •Обратная связь автоматов
- •6.2.3. Сумма автоматов
- •6.2.4. Структурный автомат и кодирование
- •6.3. Логическое проектирование автоматов
- •6.3.1. Кодирование алфавитов автомата
- •6.3.2. Автоматы без “памяти”.
- •6.3.2.1. Формирование оператора
- •6.3.2.2. Формирование системы операторов
- •Логическая схема комбинационного автомата
- •6.3.3. Автоматы с “памятью”
- •6.3.3.1. Формирование оператора
- •6.3.3.2. Формирование оператора
- •.3.3.3. Логическая схема автомата с “памятью”
- •Вопросы и задачи
- •Литература
- •Предметный указатель
1.5.6.4. Функции, сохраняющие “0”
Функция f(x1; x2;...xn) называется сохраняющей “0”, если для наборов значений двоичных переменных (0; 0;...0) функция принимает значение f(0; 0;…0)=0.
Например, f0(0; 0)=0, f3(0; 0)=0, f7(0; 0)=0 и др.
Любая функция, полученная с помощью операции суперпозиции из функций, сохраняющих “0”, сама является функцией, сохраняющей “0” Поэтому множество функций, сохраняющих “0”, не позволяет формировать функции, не сохраняющие “0”.
1.5.6.5. Функции, сохраняющие “1”
Функция f(x1; x2;…xn) называется сохраняющей “1”, если для наборов значений двоичных переменных (1; 1;…1) функция принимает значение f(1;1;…1)=1.
Например, f1(1; 1)=1, f3(1; 1)=1, f5(1; 1)=1 и др.
Любая функция, полученная с помощью операции суперпозиции из функций, сохраняющих “1”, сама является сохраняющей “1”. Поэтому множество функций, сохраняющих “1”, не позволяет формировать функции, не сохраняющие “1”.
1.5.6.6. Функционально полные системы
Свойства булевых функций (самодвойственности, монотонности, линейности, сохранения “1” и “0”) представлены в таблице 1.20. Знаком “1” обозначены функции, обладающие одним из перечисленных свойств.
таблица 1.20 |
||||||||||||||||||||||||||
(x1; x2) |
y=f(x1; x2) |
|||||||||||||||||||||||||
x1 |
x2 |
f0 |
f1 |
f2 |
f3 |
f4 |
f5 |
f6 |
f7 |
f8 |
f9 |
f10 |
f11 |
f12 |
f13 |
f14 |
f15 |
|||||||||
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|||||||||
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|||||||||
с в о й с т в а ф у н к ц и й |
||||||||||||||||||||||||||
сохр. “0” |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||||||||
сохр. “1” |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
||||||||||
само- двойств. |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
||||||||||
моно- тонная |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
||||||||||
линей- ная |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
||||||||||
Опираясь на свойства булевых функций можно определить функционально полную систему как совокупность таких функций fi, fj,¼fk , что произвольная булева функция f может быть записана с помощью их суперпозиции. Для этого среди множества функций fi, fj,¼fk должна быть по крайней мере одна функция, не сохраняющая “1”, одна функция, не сохраняющая “0”, одна функция не самодвойственная, одна функция немонотонная и одна нелинейная функция.
Анализ таблицы показывает, что таких {fi,fj,…fk} может быть несколько. Набор логических связок функционально полной системы порождает базис алгебраической системы Fi. Ниже даны основные базисы.
F0={×; Ú;` ; Å ;«; ®; ½; ¯} - сигнатура алгебры логики;
F1={×; Ú;` } - базис алгебры Буля;
F2={×;` } - базис конъюнктивный Буля;
F3={Ú;` } - базис дизъюнктивный Буля;
F4={×; Å; 1} - базис алгебры Жегалкина;
F5={¯} - базис Вебба;
F6={½} - базис Шеффера;
F7={®;` } - базис импликативный и т.д.
В таблицах приведены некоторые формулы в различных базисах.
таблица 1.21 |
|
таблица 1.22 |
||
fi |
Формулы в базисах F0 и F2 |
|
fi |
Формулы в базисах F0 и F3 |
f6 |
(x1Åx2)=ù(`x1×`x2)×ù(x1×x2) |
|
f6 |
(x1×x2)=ù(`x1Ú`x2) |
f7 |
(x1Úx2)=ù(`x1×`x2) |
|
f7 |
(x1Åx2)=ù(`x1Úx2)Úù(x1Ú`x2) |
f8 |
(x1¯x2)=(`x1×`x2) |
|
f8 |
(x1¯x2)=ù(x1Úx2) |
f9 |
(x1«x2)=ù(x1×`x2)×ù(`x1×x2) |
|
f9 |
(x1«x2)=(x1Úx2)Úù(`x1Ú`x2) |
f13 |
(x1®x2)=ù(x1×`x2) |
|
f13 |
(x1®x2)=(`x1Úx2) |
f14 |
(x1÷x2)=ù(x1×x2) |
|
f14 |
(x1½x2)=(`x1Ú`x2) |
|
|
|
|
|
таблица 1.23 |
|
таблица 1.24 |
||
fi |
Формулы в базисах F0 и F5 |
|
fi |
Формулы в базисах F0 и F6 |
f1 |
(x1×x2)=(x1¯x2)¯(x1¯x2) |
|
f1 |
(x1×x2)=(x1½x2)½(x1½x2) |
f6 |
(x1Åx2)=[(x1¯x1)¯(x2¯x2)] ¯(x1¯x2) |
|
f6 |
(x1Åx2)=[x1½(x2½x2)]½[x2½ (x1½x1)] |
f7 |
(x1Úx2)=(x1¯x2)¯(x1¯x2) |
|
f7 |
(x1Úx2)=(x1½x2)½(x1½x2) |
f9 |
(x1«x2)=[x1¯(x2¯x2)]¯ [x2¯(x1¯x1)] |
|
f8 |
(x1¯x2)=[(x1½x1)½(x2½x2)½ (x2½x2)] |
f13 |
(x1®x2)=[x2¯(x1¯x1)]¯ [x2¯(x1¯x1)] |
|
f9 |
(x1«x2)=[(x1½x1)½(x2½x2)]½ (x1½x2)] |
f14 |
(x1÷x2)=[(x1¯x1)¯(x2¯x2)]¯ [(x1¯x1)¯(x2¯x2)] |
|
f13 |
(x1®x2)=(x1½(x2½x2). |