- •Глава 2. Булевы функции
- •Часть 1
- •§ 2.1. Булевы функции и способы их задания
- •2.1.1. Понятие булевой функции.
- •Примеры булевых функций
- •2.1.2. Реализация булевых функций формулами
- •§ 2.2. Нормальные формы
- •2.2.1. Принцип двойственности
- •2.2.2. Реализация булевых функций в виде сднф и скнф.
- •§ 2.3. Минимизация булевых функций в классе днф
- •§ 2.4. Классы Поста и полнота
- •2.4.1. Понятие о полноте системы булевых функций
- •2.4.2. Реализация булевых функций полиномом Жегалкина
- •2.4.3 Классы Поста
- •2.4.4. Критерий полноты
- •Проверочный тест
- •Ключи теста
- •Глава 2. Часть 2
Примеры булевых функций
1. Функции
одной переменной.
Их число:
.
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Приведем обозначения и названия этих функций:
|
Обозначение |
Название |
Прочтение |
|
0 |
константа 0 |
«ноль» |
|
|
тождественная функция |
« » |
|
|
отрицание |
«не » |
|
1 |
константа 1 |
«единица» |
2. Функции
двух переменных.
Их число:
.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
Приведем обозначения и названия некоторых функций:
|
Обозначение |
Название |
Прочтение |
|
|
конъюнкция |
« и » |
|
|
сложение по модулю 2 |
« плюс » |
|
|
дизъюнкция |
« или » |
|
|
стрелка Пирса |
«не или » |
|
|
эквивалентность |
« эквивалентно » |
|
|
импликация |
« имплицирует » |
|
|
штрих Шеффера |
«не и » |
Функции одной
переменной и «именные» функции двух
переменных называют основными
элементарными функциями. Используемые
для их обозначения символы
называют
логическими
связками (
- одноместной, остальные – двуместными).
Обратите внимание
на следующее обстоятельство: есть булевы
функции, которые не меняют своих значений
при изменении значений некоторых из
своих переменных. Например,
для функции
имеем:
и
,
т.е. значение переменной
не влияет на значение этой функции. А
на значения функции
не влияет значение переменной
:
и
.
В связи с этим введем понятие фиктивной
переменной. Формально оно звучит так.
Определение.
Переменная
называется
фиктивной
переменной функции
,
если для
всех значений
переменных
выполняются
равенства
.
В противном случае переменная называется существенной.
Упражнение 2.6. Сформулировать определение существенной переменной.
◄ Переменная
называется существенной
переменной функции
,
если найдется такой набор значений
переменных
,
что
.►
Опыт показывает,
что определения лучше усваиваются, если
их переформулировать применительно к
каким-нибудь частным случаям. Например:
переменная
называется фиктивной переменной функции
,
если выполняются четыре равенства
,
,
,
.
Или: переменная
называется существенной переменной
для функции
,
если хотя бы одно равенств
,
,
,
не выполняется.
Упражнение 2.7. Указать существенные и фиктивные переменные функции:
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
◄ а)
:
,
следовательно,
- существенная;
:
и
,
следовательно,
- фиктивная.
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
,
,
следовательно,
- фиктивная.
:
,
следовательно,
- существенная.
:
,
,
следовательно,
- существенная.
в) решить самостоятельно.►
Операция
удаления (введения) фиктивных переменных.
Пусть для функции
переменная
является фиктивной. Возьмем таблицу
истинности функции
.
Вычеркнем из нее все строки, в которых
,
а также вычеркнем столбец переменной
.
Полученная таким образом таблица будет
задавать некоторую функцию
,
причем на любом наборе
значений переменных
для функций
и
выполнено равенство
.
Про функцию
говорят, что она получена из функции
путем удаления
фиктивной переменной,
а про функцию
говорят, что она получена из
путем введения
фиктивной переменной.
Определение. Функции и называются равными, если функцию можно получить из функции путем введения или удаления фиктивных аргументов.
Упражнение 2.8. Найти функции, равные данным и существенно зависящие от всех своих аргументов:
а)
;
б)
.
v |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Чтобы выяснить, является переменная фиктивной или существенной, нужно сравнить значения функции на парах векторов, отличающихся лишь значениями переменной . Такие пары образуют вектора с номерами 0 и 8, 1 и 9, 2 и 10, …, 7 и 15. Так как сравниваемые значения одинаковы, переменная фиктивная.
Теперь сравниваем
значения функции на парах векторов,
отличающихся лишь значениями переменной
(эти вектора имеют номера 0 и 4, 1 и 5, 2 и
6, 3 и 7, 8 и 12,…, 11 и 15). Имеем
,
следовательно,
- существенная переменная.
Сравниваем значения
функции на парах векторов, отличающихся
лишь значениями переменной
(эти
вектора имеют номера 0 и 2, 1 и 3, 4 и 6, 5 и
7, …, 13 и 15). Имеем
,
следовательно,
- существенная переменная.
|
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
Вычеркиваем из
таблицы истинности функции
строки и столбцы, закрашенные серым
цветом, получаем таблицу истинности
для функции
.
Функции
и
равны, и функция
- существенно зависит от всех своих
аргументов.
б) решить самостоятельно.►
Замечания. 1. Далее, если число переменных специально не оговаривается, функции рассматриваются с точностью до фиктивных переменных, т.е. предполагается, что с заданием некоторой функции заданы все равные ей функции, и для обозначения равных функций используется один и тот же функциональный символ.
2. В дальнейшем при рассмотрении любой системы функций предполагается (если не оговорено противное), что все функции данной системы зависят от одного числа переменных. Такой подход позволяет избежать громоздких рассуждений.
