Министерство науки и высшего образования Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Иначе говоря, логическая функция от n переменных

Множество логических функций от n переменных –

Продолжение таблицы логических функций 2 переменных

Названия и свойства функций двух переменных

Элементарной конъюнкцией [1-3] называется конъюнкция переменных или их отрицаний, в которой каждая переменная встречается не

Элементарной дизъюнкцией [1-3] называется дизъюнкция переменных или их отрицаний, в которой каждая переменная встречается не

Теорема о разложении функции по переменным

Правило построения СДНФ из вектор-столбца

Утверждение о единственности СДНФ логической функции

Теорема о преобразовании равносильных формул друг в друга

Теорема о представимости логической функции булевой формулой

Правило построения СКНФ из вектор-столбца

Теорема (о мощности единичного множества функции, представимой единственной элементарной конъюнкции)

Принцип двойственности для Булевой алгебры

Привести к полиному Жегалкина булеву формулу

Теорема (о существовании и единственности полинома Жегалкина логической функции)

Теорема 1 (о слабой функциональной полноте)

Почему классы M, S, L, T0 и T1 называются предполными?

Таблица функций двух переменных и основные логические связки

12.44M

Category: $mathematics$ mathematics

Дискретная математика. Курс лекций

1. Министерство науки и высшего образования Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования
«КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
С. Г. Гутова, Е. С. Каган, М. А. Новосельцева
ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА
Курс лекций
Часть 2
Кемерово
2021
© Гутова С. Г. , Каган Е. С.,
Новосельцева М. А., 2022
© Кемеровский государственный
университет, 2022
ISBN 978-5-8353-
Об издании – 1, 2, 3

2.

ББК В19я73-5
УДК 519.6(075.8)
Г 89
Издается по решению Научно-методического совета
Кемеровского государственного университета
Авторы:
Гутова Светлана Геннадьевна – кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной математики, Каган Елена Сергеевна – кандидат
технических наук, заведующий кафедрой прикладной математики, Новосельцева М. А. – кандидат технических наук, доцент кафедры
прикладной математики
Г 89
Гутова, С. Г. Дискретная математика: курс лекций. Часть 2 [Электронный ресурс] / С. Г. Гутова, Е. С. Каган, М. А.
Новосельцева; КемГУ. – Электрон. дан. (1 Мб). – Кемерово: КемГУ, 2022 – 1 электрон. опт. диск (СD-ROM). – Систем. требования: Intel
Pentium (или аналогичный процессор других производителей), 12 ГГц; 512 Мб оперативной памяти; видеокарта SVGA, 1280x1024 High
Color (32 bit); 2 Мб свободного дискового пространства; операц. система Windows ХР/7/8; Power Point. – Загл. с экрана.
ISBN 978-5-8353Курс лекций разработан по дисциплине «Дискретная математика» для направления подготовки 01.03.02 Прикладная
математика и информатика и включает теоретический материал, примеры, снабженные анимацией. Может быть использован для
обеспечения лекционных занятий по дисциплине «Дискретная математика» студентами направлений подготовки 02.03.02
Фундаментальная информатика и информационные технологии и 02.03.03 Математическое обеспечение и администрирование
информационных систем, 09.03.03. Прикладная информатика и по дисциплине «Дискретная математика и математическая логика»
студентами направления 01.03.01. Математика, 02.03.01 Математика и компьютерные науки.
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в
какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
ББК В19я73-5
УДК 519.6(075.8)
ISBN
© Гутова С. Г., Каган Е. С., Новогсельцева М.
А., 2022
© Кемеровский государственный университет,
2022

3.

Текстовое электронное издание
Минимальные системные требования:
Компьютер: Pentium 3 и выше, 12 ГГц; ОЗУ 512 Мб; 2 Мб на жестком
диске; видеокарта SVGA, 1280x1024 High Color (32 bit); привод
CD-ROM
Операционная система: Windows ХР/7/8
Программное обеспечение: Adobe Reader
© Гутова С. Г. , Каган Е. С.,
Новосельцева М. А., 2022
© Кемеровский государственный
университет, 2022
3

4. Введение

Курс
лекций
математика»
разработан
для
по
дисциплине
направления
«Дискретная
подготовки
01.03.02
Прикладная математика и информатика в соответствии с
требованиями ФГОС ВО и включает теоретический материал
и многочисленные примеры решения задач, снабженные
анимацией.
В результате усвоения
издания
примеров
и
материала настоящего учебного
выполнения предлагаемых к рассмотрению
у обучающихся
способности:
формируются
следующие
4

5. Введение

уметь доказывать основные теоремы дискретной математики,
возможные сферы их связи и приложения в других областях
математического знания и дисциплинах профессионального
цикла;
выбирать методы решения научных и практических задач;
использовать аппарат теории множеств, теории графов,
теории кодирования в решении профессиональных задач.
5

6.

Конспект лекций может быть использован для обеспечения
лекционных
занятий
по
дисциплине
«Дискретная
математика» студентами направлений подготовки 02.03.02
Фундаментальная информатика
и информационные
технологии и 02.03.03 Математическое обеспечение и
администрирование информационных систем, 09.03.03
Прикладная информатика и по дисциплине «Дискретная
математика
и
математическая
логика»
студентами
направления подготовки 01.03.01. Математика, 02.03.01
Математика и компьютерные науки.
6

7. Оглавление

Введение
Лекция 1
Лекция 2
Лекция 3
Лекция 4
Лекция 5
Лекция 6
Лекция 7
Лекция 8
Лекция 9
Лекция 10
Лекция 11
Лекция 12
Лекция 13
7

8. Лекция 1

Основные определения. Таблица
логической функции

9. Основные определения

Логическое множество В={0, 1} [1-3],
где 0 – ложь, нет, false; 1 – истина, да, truth.
Логическая функция (или функция
алгебры логики) это операция типа:
f : B B.
n
9

10. Иначе говоря, логическая функция от n переменных

y f x1 , x2 , ..., xn
функция, для которой выполняется:
y B, xi B, i 1, n.
10

11. Задание логической функции таблицей

x
y
z
f (x,y,z)
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
….
….
….
….
В левой части перечислены все наборы
значений переменных в лексикографическом порядке.
В правой части – значение функции на
каждом наборе.
11

12. Множество логических функций от n переменных –

Р2 (n).
Множество
всех
функций – Р2 [1-3].
логических
Замечание: количество наборов
значений переменных логической
функции от n переменных равно:
Bn B 2 .
n
n
12

13. Утверждение:

P2 n 2 .
2
n
Доказательство:
Каждая логическая n переменных
функция задается вектор-столбцом.
Его длина k – равна числу наборов
значений аргументов [5]:
k 2 .
n
Всего различных столбцов 2
k
n
2 .
2
13

14.

Единичным набором значений
аргументов называется набор, на
котором функция равна 1 [1-3].
Единичным множеством
называется множество единичных
наборов функции f – M f .
14

15.

Нулевым набором значений
аргументов называется набор, на
котором функция равна 0.
Нулевым множеством называется
множество нулевых наборов
функции f – M f .
15

16.

Переменная xi называется
фиктивной (несущественной),
если от ее значения не зависит
значение функции [1-3]:
f x1 , x2 , ..., xi 1 , 0, xi 1 , ..., xn
f x1 , x2 , ..., xi 1 ,1, xi 1 , ..., xn .
16

17. Таблица функций одной переменной

При n = 1 число логических функций равно:
P2 1 2 4.
21
x
0
1
2
3
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
17

18. Названия функций одной переменной

0 ( х ) 0
функция-константа 0;
3 ( х ) 1
функция-константа 1;
1( х ) х
тождество переменной х ;
2 ( х ) x
отрицание переменной х .
Функции-константы имеют 1 фиктивную
переменную х.
Функции тождество и отрицание – не имеют
фиктивных переменных.
18

19. Таблица функций двух переменных

При n = 2 число логических функций равно:
P2 2 2 16.
22
x
у №0 №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
19

20. Продолжение таблицы логических функций 2 переменных

x
у
№8
№9
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
№ 10 № 11 № 12 № 13 № 14 № 15
20

21. Названия и свойства функций двух переменных

x
у
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
№0 №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7
Функция № 0 – константа 0 .
Она принимает одно и то же значение 0 при
любых наборах значений аргументов.
21

22. Названия и свойства функций двух переменных

x
у
№8
№9
№ 10
№ 11
№ 12
№ 13
№ 14
№ 15
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Функция № 15 – константа 1.
Она принимает одно и то же значение 1 при
любых наборах значений аргументов.
22

23. Названия и свойства функций двух переменных

x
у №0 №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Функция № 1 – конъюнкция x и y.
Обозначение x y x & y x y xy
Конъюнкция принимает значение 1 только в
случае, когда х и у равны 1.
23

24. Названия и свойства функций двух переменных

x
у №0 №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Функция № 7 – дизъюнкция x и y.
Обозначение x y.
Дизъюнкция принимает значение 1 тогда, когда
х или у равны 1 (т. е. хотя бы один аргумент).
24

25. Названия и свойства функций двух переменных

x у №8
№ 9 № 10 № 11
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
№ 12
№ 13
№ 14 № 15
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
Функция № 9 – эквивалентность x и y.
Обозначение
x ~ y.
Эквивалентность принимает значение 1 только в
случае, когда х и у равны.
25

26. Названия и свойства функций двух переменных

x
у №0 №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Функция № 6 – сложение по модулю 2 x и y.
x y.
Обозначение
Сложение по модулю 2 принимает значение 1
только в случае, когда сумма х и у нечетна.
26

27. Названия и свойства функций двух переменных

x
у
№8
№9
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
№ 10 № 11 № 12 № 13 № 14 № 15
Функция № 13 – импликация x и y.
Обозначение
x y.
Импликация принимает значение 0 только в случае,
когда из «истины» следует «ложь».
27

28. Названия и свойства функций двух переменных

x
у
№8
№9
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
№ 10 № 11 № 12 № 13 № 14 № 15
Функция № 11 – импликация у и х.
Обозначение
y х.
28

29. Названия и свойства функций двух переменных

x
у
№8
№9
№ 10
№ 11
№ 12
№ 13
№ 14
№ 15
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Функция № 14 – штрих Шеффера x и y.
Обозначение
x у.
Штрих Шеффера является отрицанием
конъюнкции:
x у ху.
29

30. Названия и свойства функций двух переменных

x
у
№8
№9
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
№ 10 № 11 № 12 № 13 № 14 № 15
Функция № 8 – стрелка Пирса x и y.
Обозначение x y.
Стрелка Пирса является отрицанием дизъюнкции:
х у х у.
30

31. Функции с одной фиктивной переменной

Функции № 0 и № 15 – константы 0 и 1 имеют
две фиктивные переменные.
Фиктивную y имеют
№ 3 – тождество x и x у № 0
№3
№5
№ 10
№ 12
№ 15
№ 12 – отрицание x. 0 0
0
0
0
1
1
1
0 1
0
0
1
0
1
1
1 0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
Фиктивную x имеют
№ 5 – тождество y и 1 1
№ 10 – отрицание y.
Общее количество функций с фиктивными
переменными равно 6.
31

32. Лекция 2

ДНФ и КНФ. Разложение
функции по переменным

33.

ДНФ и КНФ.
Разложение функции по переменным
Формула алгебры логики – запись
суперпозиции логических функций с
использованием знаков переменных,
скобок и знаков логических функций
(логических связок):
33

34.

ДНФ и КНФ.
Разложение функции по переменным
1 , 2 , 3 , , ~ , , I , .
Порядок записи логических связок
определяет иерархию, на основании
которой расставляются скобки [5].
34

35. Расстановка скобок

Каждая подформула окружается скобками.
Скобки можно не ставить, если они внешние.
x y x y.
Отрицание связывает сильнее всех.
x y x y.
Конъюнкция связывает сильнее остальных
x y z x z y
x y z x z y.
35

36. Элементарной конъюнкцией [1-3] называется конъюнкция переменных или их отрицаний, в которой каждая переменная встречается не

более
одного раза.
1, x , x y , x y z .
36

37.

Дизъюнктивной нормальной формой
(ДНФ) [1-3] называется дизъюнкция
элементарных конъюнкций.
x x y x y z.
37

38.

Дизъюнктивная форма будет
совершенной (СДНФ), если каждая
элементарная конъюнкция содержит
все наименования переменных [1-3].
x y z x y z x y z x y z.
38

39. Элементарной дизъюнкцией [1-3] называется дизъюнкция переменных или их отрицаний, в которой каждая переменная встречается не

более
одного раза.
0, x, x y, x y z.
39

40.

Конъюнктивной нормальной формой
(KНФ) [1-3] называется конъюнкция
элементарных дизъюнкций.
x x y x y z .
40

41.

Конъюнктивная форма будет
совершенной (СКНФ), если каждая
элементарная дизъюнкция содержит
все наименования переменных [1-3].
x y z x y z x y z .
41

42. Разложение функции по переменным

Введем обозначение
x x , x x.
0
1
Замечание:
1, x
x
0, x
42

43. Разложение функции по переменным

Доказательство:
x 0, 0, x 0 0 1,
0
x 1, 1, x 1 1,
1
1
0
x 0, 1, x 0 0,
x 1, 0, x 1 1 0.
43

44. Теорема о разложении функции по переменным

Всякая логическая функция [1-3]
y f x1 , x2 , ..., xn
может быть разложена по переменным
x1 , x2 , ..., xm , m n.
44

45. Разложение функции по переменным

то есть представлена в виде:
f x1 , x2 , ... , xm , ... , xn
x x
1
1
2
2
m
... xm
1 2 ... m
f 1 , 2 , ... , m , xm 1 , ... , xn .
45

46. Разложение функции по переменным

Дизъюнкция в правой части равенства
берется по всем наборам параметров.
1 , 2 , ... , m 0,1 .
Всего частей разложения будет
m
2 .
Рассмотрим разложение по одной
переменной и по всем переменным.
46

47. Разложении по одной переменной

При m = 1 в разложении будет ровно 2
конъюнкции, соединенные дизъюнкцией.
f x, y, z x 0 f 0, y, z x1 f 1, y, z
x f 0, y, z x f 1, y, z .
47

48. Пример 1:

Разложить по переменной х функцию,
заданную формулой.
f x, y, z x z x y .
48

49. Пример 1:

f x , y , z x z x y
x f 0, y , z x f 1, y , z
x 0 z 0 y x 1 z 1 y
x 1 z y x 0 z 1
x z y x z 1
49

50. Пример 1:

y
z
z y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
50

51. Пример 1:

x z y x z 1
x y z x.
51

52. Пример 2:

Разложить по переменной х функцию,
заданную вектор-столбцом
f x, y, z 01101110 .
Т
52

53. Пример 2:

f x, y , z
0
x f 0, y, z x f 1, y, z 0
y
z
F(x,y,z)
0
0
0
0
1
1
x 0110 x 1110 0
1
0
1
1
1
0
x y z x y z .
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
x
T
T
0
53

54. Разложении по всем переменным

При m = n в разложении будет ровно
столько частей, сколько единичных
наборов у функции. Каждая часть
соответствует одному единичному
набору.
54

55. Разложении по всем переменным

То есть для всех наборов
таких что:
1 2 3
,
f 1 , 2 , 3 1
f x, y , z
x y z
1 2 3
f 1 , 2 , 3 1
55

56. Правило построения СДНФ из вектор-столбца

Функция задана
х
у
F(x,y)
таблицей
0
0
1
1. Выбрать все
0
1
0
единичные
1
0
1
1
1
1
наборы значений
аргументов.
56

57. Правило построения СДНФ из вектор-столбца

2. Каждому
единичному
х
набору
0 0
1
сопоставить
0 1
0
элементарную
1
0
1
x y
1 1
1
x y
конъюнкцию всех
у
F(x,y)
x y
переменных.
57

58. Правило построения СДНФ из вектор-столбца

так чтобы
х
переменная в
0 0
1
конъюнкции была
0 1
0
с отрицанием,
1
0
1
xx yy
1 1
1
x yy
если в наборе она
у
F(x,y)
x y
равна 0.
58

59. Правило построения СДНФ из вектор-столбца

3. Соединить полученные
конъюнкции знаком дизъюнкции
x y x y x y.
59

60. Лекция 3

Булева алгебра

61.

Булева алгебра
Булевы операции – это конъюнкция (˄),
дизъюнкция (˅) и отрицание (¬).
Булева алгебра – это множество
логических функций с введенными на
нем булевыми операциями [1-3].
А P2 , , , .
61

62.

Булева алгебра
Формулы, представляющие одну и ту
же функцию называются
равносильными (эквивалентными).
62

63. Основные свойства булевых операций

Закон коммутативности
1 x y y x , 2 x y y x ,
Закон ассоциативности
3 x y z x y z ,
4 x y z x y z ,
63

64. Основные свойства булевых операций

Закон дистрибутивности
5 x y z x z y z ,
6 x y z x z y z ,
Закон де Моргана
7 x y x y ,
8 x y x y ,
64

65. Основные свойства булевых операций

Закон уничтожения кратности
9 x x x ,
10 x x x ,
Закон исключенного третьего
11 x x 1,
Закон противоречия
12 x x 0,
65

66. Основные свойства булевых операций

Закон поглощения
13 x xy x ,
14 x x y x ,
Закон двойного отрицания
15 x x ,
66

67. Основные свойства булевых операций

Свойства констант
16 x 0 x ,
17 x 0 0,
18 x 1 1,
19 x 1 x ,
20 0 1 1,
21 0 1 0.
67

68.

Основные эквивалентности
Закон простого склеивания
22 xy xy x,
23 x y x y x,
Закон расщепления
24 x xy xy,
25 x x y x y ,
68

69.

Основные эквивалентности
Первый закон обобщенного склеивания
26 xz yz xy xz yz ,
Второй закон обобщенного склеивания
27 x xy x y.
69

70. Основные эквивалентности

Эквивалентность
28 x ~ x 1,
29 x ~ x 0,
30 x ~ 1 x ,
31 x ~ 0 x .
70

71. Основные эквивалентности

Сложение по модулю 2
32 x x 0,
33 x x 1,
34 x 1 x ,
35 x 0 x.
71

72. Основные эквивалентности

Импликация
36 x x 1, 39 x 0 x ,
37 x x x , 40 x 1 1,
38 x x x , 41 0 x 1,
42 1 x x.
72

73. Утверждение о единственности СДНФ логической функции

СДНФ любой логической функции
единственна с точностью до порядка
элементарных конъюнкций и порядка
элементов в конъюнкциях.
Единственная логическая функция, не
имеющая СДНФ, функция – константа 0.
73

74. Теорема о преобразовании равносильных формул друг в друга

Пусть F и
1
F2 равносильные формулы.
Тогда существует последовательность
эквивалентных преобразований,
переводящих одну эквивалентную
формулу в другую.
74

75. Теорема о преобразовании равносильных формул друг в друга

Доказательство:
Так как формулы F1 и F2 равносильны,
то они представляют одну функцию f
.
У каждой функции единственна СДНФ.
Приведем
F1 и F2 к СДНФ.
F1 СДНФ ; F2 СДНФ .
75

76. Теорема о преобразовании равносильных формул друг в друга

Доказательство:
Обратим второе преобразование.
F1 СДНФ F2 .
Получим последовательность
преобразований, переводящих
F1 в F2 .
76

77. Теорема о представимости логической функции булевой формулой

Любая логическая функция представима
булевой формулой.
Доказательство: у каждой функции
существует СДНФ – булева формула.
Функция константа 0 может быть выражена
булевой формулой вида:
x x 0.
77

78. Лекция 4

Преобразование
выражений

79.

Преобразование выражений
Любую формулу можно преобразовать к
ДНФ [1-3].
1. Заменить все знаки функций на знаки
булевых функций (конъюнкция (˄),
дизъюнкция (˅) и отрицание (¬)), используя
тождества.
79

80.

Преобразование выражений
2. По закону де Моргана и двойного
отрицания опустить отрицание до
переменных.
3. По закону дистрибутивности раскрыть
скобки.
80

81.

Преобразование выражений
4. Уменьшить число элементов в
конъюнкциях, пользуясь законом
уничтожения кратности, свойствами
констант.
81

82.

Преобразование выражений
5. Уменьшить число конъюнкций, пользуясь
законами поглощения, склеивания,
уничтожения кратности, свойствами
констант.
Получим ДНФ.
82

83. Пример 1:

f x , y , z x yz yz yz xyz
x yz yz yz x y z
x yz yz yz x y z
x y x zy x y y z

84. Пример 1:

x yz yz yz x y z
x y z y z x y z
xy xz yz yz yz x y z
x
x yxy
x y x

85.

xy xz yz yz yz x y z
x xy x закон поглощения
xy xz x y z
x xy x y закон обощенного
склеивания
y x x y z 1

86. Пример 2:

f x , y , z x z xy xyz x z
x z xy x yz x z
xz xy xyz x z
xy x z
x xy x

87. Пример 2:

xy x z
y x z.
x xy x y

88. Пример 3:

f x , y , z xy x yz x y
xy x yz x y
x y x y z x y

89. Пример 3:

x y x y z x y
x x x y x z xy yy yz x y
x y x z xy yz x y
x x yx z0 xx z0 yx z

90. Пример 3:

x y x z xy yz x y
x y yz x z xy x y
x y yz xy x y
xz yz xy xz yz

91. Пример 3:

x y yz xy x y
x y x y yz x y xy x y
x y x z 0 0 x y.
x x x

92. Пример 4:

f x , y , z xyz x y x xy z
xyz x y x xy z
xyz x y x xy z
xyz x y x y z

93. Пример 4:

xyz x y x y z
xyz x y xz yz
xyz x y yz
xyz yz x y

94. Пример 4:

y xz z x y
y x z x y
xy yz x y .

95.

Пример 5:
F ( x , y , z ) xy x yz x y
8
xy x yz x y
15
x y x y z x y
5
x y x y z x y
95

96.

Пример 5:
12
x x x y x z xy yy yz x y
1,3
x y x z xy yz x y
26
x y yz x z xy x y
3
x y yz xy x y
96

97.

Пример 5:
5
x y yz xy x y
10 ,12
x y x y yz x y xy x y
16 ,17
x y x z 0 0 x y.
97

98. Переход от ДНФ к КНФ [1]

1. Пусть функция f задана в виде ДНФ.
F k1 k2 ... kn
Здесь k1 , k 2 , ..., k n –
элементарные конъюнкции.
98

99. Переход от ДНФ к КНФ

2. Применим закон двойного
отрицания
F F.
3. Приведем к ДНФ
F.
F k1 k2 ... kn k1 k2 ... kn
d1 d 2 ... d n k1 k2 ... kn
Здесь d1 , d 2 , ..., d n – элементарные
дизъюнкции.
99

100. Переход от ДНФ к КНФ

4. Возьмем второе отрицание над F.
Во время преобразования не будем раскрывать
скобки – остановимся на формуле, имеющей вид
конъюнкции элементарных дизъюнкций – КНФ.
F F k1 k2 ... k n
k1 k2 ... kn
d1 d 2 ... d n .
100

101. Правило построения СКНФ из вектор-столбца

Функция задана
х
у
F(x,y)
таблицей [1-3].
0
0
0
1. Выбрать все
0
1
1
нулевые наборы
1
0
0
1
1
0
значений
аргументов.
101

102. Правило построения СКНФ из вектор-столбца

2. Каждому
х
у
F(x,y)
x y
нулевому набору
0 0
0
сопоставить
0 1
1
элементарную
1
0
0
x y
1 1
0
x y
дизъюнкцию всех
переменных
102

103. Правило построения СКНФ из вектор-столбца

так чтобы
х
переменная в
0 0
0
дизъюнкции была
0 1
1
с отрицанием,
1
если в наборе она
равна 1.
у
F(x,y)
x y
0
0
x y
1 1
0
x y
103

104. Правило построения СКНФ из вектор-столбца

3. Соединить полученные дизъюнкции
знаком конъюнкции
x y x y x y .
104

105. Пример 6:

Построить СДНФ и
СКНФ функции,
заданной вектор-столбцом:
f 10100111 T
СДНФ f x y z x y z x y z
x y z x y z.
СКНФ f x y z x y z x y z .
105

106. Лекция 5

Импликанты

107. ДНФ и импликанты

Функция f имплицирует функцию g,
если f g 1 [1-3] .
Замечание: Если f g 1
,
то M f M g .
107

108. Импликант

Если f имплицирует g, и f
представлена единственной
элементарной конъюнкцией, то f
называется импликантом g.
Если из импликанта нельзя удалить ни
одной переменной, то оно называется
простым импликантом.
108

109. Теорема (о мощности единичного множества функции, представимой единственной элементарной конъюнкции)

Если функция
f x1 , x2 , ... , xn
представима единственной
элементарной конъюнкцией
– всех n переменных [1] то M f 1 ;
– m < n переменных, то
Mf 2
n m
.
109

110. Пример 1:

Пусть
f ( x, y , z ) xyz .
Она принимает значение 1 тогда и
только тогда, когда x = 1, y = 1, z = 1.
Значит M f 111 .
110

111. Пример 2:

Пусть
f ( x, y , z ) yz.
Она принимает значение 1 тогда и
только тогда, когда y = 0, z = 1. Значит,
чему равняется переменная х – неважно,
и она может принимать любые
значения. Поэтому M f 001,101 .
111

112. Утверждение 1

Утверждение 1
Представление функции в виде ДНФ
соответствует представлению ее
единичного множества в виде
объединения единичных множеств,
входящих в эту ДНФ элементарных
конъюнкций.
112

113. Пример 3:

Пусть функция представлена своей ДНФ.
f ( x , y , z ) xyz y z x y .
Тогда ее единичное множество может
быть представлено в виде:
M f M xyz M y z M x y
101 000, 100 000, 001 .
Получилось, что M f 000, 001, 100, 101 .
113

114. Утверждение 2

Утверждение 2
Любая конъюнкция ДНФ функции
является импликантом данной функции.
114

115. Утверждение 3

Утверждение 3
Если конъюнкция ДНФ функции не
является простым импликантом, то
можно найти соответствующий ей
простой импликант (или импликанты)
и заменить им (или их дизъюнкцией)
непростой импликант.
115

116. Определение

ДНФ, состоящая только из простых
импликантов, называется
сокращенной.
.
116

117. Пример 4:

Пусть функция представлена своей
ДНФ:
f ( x, y, z ) x xyz.
Тогда ее единичное множество имеет
вид:
M f M x M xyz 000, 001, 010, 011 101
000, 001, 010, 011, 101 .
117

118. Пример 4:

Очевидно, что
x
– это простой
импликант. Он состоит из одной буквы,
и если ее вычеркнуть, получится
вырожденная конъюнкция
(конъюнкция не имеющая
переменных), что возможно только в
случае, если f 1 .
118

119. Пример 4:

Проверим, будет ли простым импликант
k xy z .
Вычеркнем из него переменную х.
119

120. Пример 4:

Получим конъюнкцию
k1 yz .
Ее единичное множество содержит 2
M
001
,
101
M
k
f ,
набора:
1
то есть k1 по-прежнему является
импликантом f.
Значит
k xyz
импликант.
– не простой
120

121. Сокращенная ДНФ

Сокращенная ДНФ – ДНФ, состоящая
только из простых импликантов [1-3].

122. Пример 5:

Проверить импликанты данной ДНФ на
простоту. Заменить простыми. Построить
сокращенную ДНФ.
f x, y, z xy xyz x y.

123. Пример 5:

Построить единичное множество функции,
как объединение единичных множеств
элементарных конъюнкций, входящих в
f x, y , z xy xyz x у
M f M xy M xyz M x у
ДНФ:
110,111 101 000, 001
110,111,101, 000, 001 .

124. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k1 xy
вычеркнем х, получим k11 y
M y 010, 011,110,111 M f
Вывод : х вычеркивать нельзя.

125. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k1 xy
вычеркнем y, получим k12 x
M x 100,101,110,111 M f
k1 xy простой импликант.

126. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k2 xyz
вычеркнем x, получим k21 yz
M yz 001, 101, M f .

127. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k2 xyz
вычеркнем y , получим k22 xz
M xz 101, 111, M f .

128. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k2 xyz
вычеркнем z , получим k23 xy
M xy 100,101, M f
Вывод : z вычеркивать нельзя.

129. Пример 5:

Проверим,будет ли конъюнкция
из 1 переменной импликантом
M x 100,101,110,111
M x 000, 001, 010, 011
M y 010, 011,110,111
M y 000, 001,100,101
M z 001, 011,101,111
M z 000, 010,100,110

130. Пример 5:

k2 xyz
непростой импликант
его можно заменить на
xz yz

131. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k3 x у
вычеркнем x , получим k31 у
M z 000, 001, 100, 101 M f

132. Пример 5:

M f 110,111,101, 000, 001 .
k3 x у
вычеркнем у , получим k32 x
M z 000, 001, 010, 011 M f
k3 x у простой импликант.

133. Пример 5:

f x, y, z xy xyz x у
xy xz yz x у
сокращенная ДНФ.

134. Пример 6:

Проверить импликанты данной ДНФ
на простоту. Заменить простыми.
Построить сокращенную ДНФ.
f ( x, y, z ) xyz xyz y z x y.

135. Пример 6:

Построить единичное множество функции,
как объединение единичных множеств
элементарных конъюнкций, входящих в
ДНФ: f ( x , y , z ) xyz xyz y z x y
M f M xyz M xyz M y z M x y
111 101 000,100 000, 001
111,101, 000,100, 001 .

136. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
k1 xyz
вычеркнем x, получим k11 yz
M yz 011,111 M f
Вывод : x вычеркивать нельзя

137. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
k1 xyz
вычеркнем y, получим k12 xz
M xz 101,111 M f

138. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
k1 xyz
вычеркнем z , получим k13 xy
M xy 110, 111 M f
Вывод : z вычеркивать нельзя.

139. Пример 6:

k1 xyz можно заменить
на простой импликант xz.

140. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
k2 xyz
вычеркнем x, получим k21 yz
M yz 001,101 M f
прием, z не импликант,
а у простой импликант

141. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
k2 xyz
вычеркнем y , получим k22 xz
M xz 101,111 M f
xz простой импликант.

142. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
k2 xyz
вычеркнем z, получим k23 xy
M xy 100,101 M f
причем, х не импликант,
а у простой импликант.

143. Пример 6:

k2 xyz можно заменить
на дизъюнкцию
простых импликантов
xz y .

144. Пример 6:

M f 111,101, 000,100, 001 .
Среди y z х у
простым импликантом
будет только у .

145. Пример 6:

ВЫВОД :
f ( x, y, z ) xyz xyz y z x y
xz xz y y y xz y .
Это сокращенная ДНФ - сДНФ.

146. Лекция 6

Метод
Блейка-Порецкого

147. Тупиковая ДНФ

Отношение покрытия между
единичными наборами и
импликантами ДНФ наглядно задается
таблицей покрытия [1-3].
147

148. Таблица покрытия

Строки таблицы соответствуют конъюнкциям
ДНФ, столбцы – элементам единичного
множества. На пересечении строки и столбца
ставится пометка, если данная конъюнкция
обращается в единицу данным набором
значений аргументов (набор покрывается
единичным множеством конъюнкции).
148

149. Пример 1:

Пусть ДНФ функции имеет вид:
f ( x, y, z) y∨ yz.
Тогда ее единичное множество может быть
представлено в виде:
M f M y ∪ M yz 010, 011, 110, 111 .
Построим таблицу покрытия.
149

150. Пример 1:

y
yz
010 011
110
111
*
*
*
*
*
*
Из таблицы видно, что вторая строчка –
лишняя, то есть если ее убрать, все элементы
единичного множества останутся покрыты.
150

151. Пример 1:

Значит, импликант yz – лишний
импликант.
Таким образом, ДНФ можно упростить, убрав
лишний импликант.
f ( x, y, z ) y.
Эта ДНФ является тупиковой, так как
оставшийся импликант – простой.
Так бывает не всегда.
151

152. Тупиковая ДНФ

Сокращенная ДНФ, из
которой удалены все лишние
импликанты, называется
тупиковой [1-3].
152

153. Замечание 1

Чтобы с помощью таблицы покрытия
получить тупиковую ДНФ, необходимо
сначала получить сокращенную ДНФ
(сДНФ) и именно ее простые
импликанты помещать в таблицу
покрытия.
153

154. Замечание 2

У функции может быть несколько
тупиковых ДНФ.
Чтобы найти их необходимо построить
сокращенную ДНФ, содержащую все
простые импликанты данной функции.
154

155. Метод Блейка-Порецкого –

метод получения сокращенной ДНФ,
содержащей все простые импликанты.
Пусть дана СДНФ функции.
1. Перенумеруем элементарные конъюнкции.
2. Осуществим попарно склеивание каждой
конъюнкции с каждой, если это возможно.
Под полученными конъюнкциями будем
фиксировать номера.
155

156. Метод Блейка-Порецкого

3. Допишем к списку полученных
конъюнкций те, которые не участвовали в
склеивании (их номера не фиксировались).
4. Вернемся к п.1.
В результате получим сокращенную ДНФ,
содержащую все простые импликанты.
156

157. Пример 2:

Дана СДНФ вида:
f ( x, y, z) x y z x yz xy z xyz xyz.
Получить с помощью метода БлейкаПорецкого сокращенную ДНФ,
содержащую все простые импликанты.
157

158. Метод Блейка-Порецкого

П. 1.
xy xy x
f ( x , y , z ) x y z x yz xy z xyz xyz
4
5
1
2
3
П. 2, 3.
П.4.
f ( x, y, z ) = х y∨ y z∨ x z ∨ x y
1, 2 1, 3 3,4 4,5
f ( x, y, z ) = х y∨ y z∨ x z ∨ x y
1 2 3 4
158

159. Метод Блейка-Порецкого

Так как больше склеивания произвести
нельзя, сокращенная ДНФ имеет вид:
f ( x, y, z) x y∨ y z ∨ xz ∨ x y.
Построим таблицу покрытия:
159

160. Таблица покрытия

000
xy
yz
xz
xy
001
∨ ∨
∨
100
110
111
∨
∨ ∨
∨ ∨
160

161. Таблица покрытия

000 001 100 110 111
xy
yz
xz
xy
∨ ∨
∨
∨
∨ ∨
∨ ∨
161

162. Таблица покрытия

000
xy
yz
xz
xy
001
∨ ∨
∨
100
110
111
∨
∨ ∨
∨ ∨
F1( x, y, z) x y xz x y.
162

163. Таблица покрытия

000
xy
yz
xz
xy
001
∨ ∨
∨
100
110
111
∨
∨ ∨
∨ ∨
F2 ( x, y, z) x y y z x y.
163

164. Пример 3:

Дана СДНФ вида:
f ( x, y, z) x y z xyz xyz xyz xyz.
Получить с помощью метода БлейкаПорецкого сокращенную ДНФ,
содержащую все простые импликанты.
164

165. Метод Блейка-Порецкого

П. 1.
Метод Блейка-Порецкого
f ( x, y, z ) = x y z∨ xyz∨ x yz∨ xyz∨ xyz
1
2
3
4
5
П. 2, 3.
= x z ∨ y z∨ x y ∨ x y z
2,5 3,5 4,5 1
П.4.
= x z∨ yz∨ xy∨ x y z
1 2 3 4
165

166. Метод Блейка-Порецкого

Так как больше склеивания произвести
нельзя, сокращенная ДНФ имеет вид:
f ( x, y, z) x y yz xz x y z.
Построим таблицу покрытия:
166

167. Таблица покрытия

000
101
xy
∨
yz
xz
x yz ∨
011
∨
110
111
∨
∨
∨
∨
167

168. Таблица покрытия

000 101 011 110 111
∨
xy
∨
yz
xz
x yz ∨
∨
∨
∨
∨
ТДНФ f ( x, y, z) x y∨ yz∨ xz∨ x y z.
168

169. Пример 4:

Дана СДНФ вида:
f ( x, y, z) x y z∨ xyz∨ xyz∨ xyz ∨ xyz.
Получить с помощью метода БлейкаПорецкого сокращенную ДНФ,
содержащую все простые импликанты.
169

170. Метод Блейка-Порецкого

П. 1.
Метод Блейка-Порецкого
f ( x, y, z ) = x y z∨ xyz∨ x yz∨ xyz∨ xyz
1
2
3
4
5
П. 2, 3.
f ( x, y, z ) = y z∨ x z∨ x z ∨ y z ∨ x y =
1,2 1,3 2,5 3,5 4,5
П.4.
f ( x, y, z ) = y z∨ x z∨ x z ∨ y z ∨ x y =
1 2 3 4 5
170

171. Метод Блейка-Порецкого

П. 1.
Метод Блейка-Порецкого
f ( x, y, z ) = y z∨ x z∨ x z ∨ y z ∨ x y =
1 2 3 4 5
П. 2, 3.
П.4.
f ( x, y, z ) = z ∨ z ∨ xy =
1,4 2,3 5
f ( x, y, z ) = z∨ xy
1 2
171

172. Метод Блейка-Порецкого

Так как больше склеивания произвести
нельзя, сокращенная ДНФ имеет вид:
f ( x, y, z) z∨ xy.
Построим таблицу покрытия:
172

173. Таблица покрытия

001
z
xy
101
011
∨ ∨
∨
110
111
∨
∨
∨
173

174. Таблица покрытия

001 101 011 110 111
z
∨
xy
ТДНФ
∨
∨
∨
∨ ∨
f ( x, y, z) z∨ xy.
174

175. Лекция 7

Двойственность

176. Двойственная функция

Функция
*
f ( x1 , x2 ,
, xn ) f ( x1 , x2 ,
, xn )
называется двойственной
функцией [1-3] к функции
*
f ( x1 , x2 ,
, xn ) f ( x1 , x2 ,
, xn )
176

177. Замечание 1

У двойственной функции на
противоположных наборах принимаются
противоположные значения:
если
f (0,0,1) 1,
то
f (1,1,0) 0.
*
177

178. Самодвойственная функция

Функция называется
f ( x1 , x2 ,
, xn )
самодвойственной [1-3],
если
f ( x1 , x2 , , xn ) f ( x1 , x2 , , xn )
*
178

179. Пример 1:

Пусть
f x, y x y – дизъюнкция.
Тогда, двойственной к ней является
конъюнкция:
f x, y f x , y x y xy
179

180. Пример 2:

Пусть
f x, y xy – конъюнкция
Тогда, двойственной к ней является
дизъюнкция:
f x, y f x , y x y x y
180

181. Пример 3:

Пусть
f x x
– тождество.
Тогда, двойственной к ней является:
f x f x x x
181

182. Пример 4:

Пусть
f x x
- отрицание.
Тогда, двойственной к ней является:
f x f x x x
182

183. Замечание 2

Тождество и отрицание –
самодвойственные функции.
183

184. Пример 5:

Пусть
f x 0 – константа 0.
Ее переменная x – фиктивна, в формуле
отсутствует.
Тогда, двойственной к ней является:
f x f x 0 1.
184

185. Пример 6:

Пусть
f x 1 – константа 1.
Ее переменная x – фиктивна, в формуле
отсутствует.
Тогда, двойственной к ней является:
f x f x 1 0.
185

186. Замечание 3

Отношение двойственности
симметрично.
Если f двойственна к g,
то и g двойственна к f.
186

187. Пример 7:

Найти двойственную для функции:
f x, y, z xy xz yz.
Решение:
f x, y,z x y x z y z
x y x z y z
x y x z y z
187

188. Пример 7:

x y x z y z
x yz y z xy xz yz yz
xy xz yz.
f x1 ,x2 , ,xn f
*
x1 ,x2 ,
,xn
Данная функция самодвойственна.
188

189. Замечание 4

Вектор-столбец самодвойственной
функции антисимметричен
относительно своей середины.
189

190. Пример 7:

F xy xz yz.
x
y
z
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
F(x, y, z)
0 1
0 1
0 1
1 0
0
1
1
1
190

191. Принцип двойственности

Если в формуле F, представляющей
функцию f все знаки функций заменить
на знаки двойственных функций,
то получится формула F ,
представляющая функцию f
двойственную к f.
191

192. Принцип двойственности для Булевой алгебры

Если в формуле F, представляющей
функцию f все конъюнкции заменить
на дизъюнкции, дизъюнкции
на конъюнкции, 1 на 0 и 0 на 1,
то получится формула F ,
представляющая функцию f
двойственную к f.
192

193. Пример 8:

Воспользуемся принципом двойственности.
f ( x , y , z ) xy xz yz
f ( x, y,z ) x y x z y z
x y x z y z
x y x z y z
x y z xyz
193

194. Лекция 8

Алгебра Жегалкина

195. Алгебра Жегалкина

Алгеброй Жегалкина [1-3]
называется алгебра вида
AG P2 , ,
В алгебре Жегалкина действуют
тождества:
195

196. Тождества алгебры Жегалкина

1) коммутативность сложения по модулю 2:
х у у х
2) ассоциативность сложения по модулю 2:
( х у) z х ( y z )
3) дистрибутивность конъюнкции по
отношению к сложению по модулю 2:
( x y) z xz yz
4) свойства констант:
x x 0, x 0 x
196

197. Формулы перехода

От любой булевой формулы можно
перейти к формуле алгебры Жегалкина,
используя тождества:
x x 1
x y xy x y
x y x y x y 1 x 1 y 1 1
xy x y 1 1 xy x y
197

198. Полином Жегалкина

Полином Жегалкина – это формула алгебры
Жегалкина, имеющая вид суммы по модулю 2
элементарных конъюнкций различного
количества переменных без отрицаний [1-3].
xyz⊕xy⊕xz ⊕yz ⊕x⊕y ⊕z ⊕1
198

199. Линейная функция

Линейной функцией называется функция,
полином Жегалкина которой имеет вид [1-3] :
f ( x1 , x2 , ..., xn ) 1x1 2 x2 ... n xn
1 , 2 , ..., n , 0, 1
Примеры линейных функций от 3-х
переменных:
1) x ⊕y ⊕z ⊕1;
2) x ⊕y ⊕z;
3) x y;
4) z ⊕1.
199

200. Утверждение 1

Утверждение 1
Если
f1 f 2 0 ,,
–
то
f1 f 2 f1 f 2 .
200

201. Утверждение 2

Утверждение 2
Если формула F – СДНФ, то при
переходе к формуле алгебры Жегалкина
достаточно заменить символы
дизъюнкции (∨ ) на символ сложения по
модулю 2 (⊕).
201

202. Пример 1:

f ( x, y, z) xy z xy z xy z
x y 1 z 1 x y 1 z 1
= x(yz ⊕y ⊕z ⊕1)⊕xy⊕x ⊕z ⊕1 =
= xyz⊕xy⊕xz⊕x ⊕xy⊕x ⊕z ⊕1 =
x y xy x y
=
xyz
⊕
xz
⊕
z
⊕
1
.
=
0
( x ⊕xx⊕
y) z x=
xz
x ⊕
1 yz
202

203. Пример 2: Дана СДНФ:

f ( x, y, z ) = xyz ∨ xyz ∨ xyz =
= xyz⊕xyz ⊕xyz =
= xyz⊕x(y ⊕1)z ⊕xy(z ⊕1) =
xyz xyz xz xyz xy
f1 f(2 x=⊕
0
,
f
∨
f
=
f
⊕
f
2xz
xyzy
xy⊕
.1 yz 2
)1zxz=
x⊕
x xx= 01
203

204. Пример 3:

f ( x, y, z ) x y x z y z
xy x y x z x z yz y z
0 0 xyz 0 0 xz xyz xy yz
yz y z xyz xz xyz xy yz
yz y z
x
(xx
yyx) zxy
xzx
yz y
0

205. Продолжим раскрывать скобки

xyz xz xyz xy yz yz y z
0 xyz 0 0 xyz 0 0 x yz 0
x yz x y x yz 0 yz 0
xyz xyz x yz x yz x y x yz yz
x yz x y yz
15 xслагаемых
x 0

206. Избавимся от отрицания

x yz x y yz
x 1 yz x 1 y yz
xyz yz xy y yz
xyz xy y L
x x 1

207. Пример 4: Дана СДНФ:

f ( x, y, z) xyz xyz x y z x y z
xyz x yz x y z x y z
xyz x 1 yz
x 1 y z 1 x 1 y 1 z 1
f1 f 2 x0, тоxf1
1
f 2 f1 f 2

208. Раскроем скобки и приведем подобные

xyz x 1 yz
x 1 y z 1 x 1 y 1 z 1
xyz xyz yz
xyz xy yz y
xyz xy xz yz x y z 1
xz yz x z 1 L

209. Пример 5: Дана ДНФ:

f x, y, z xy yz xy xyz
xy yz xy xyz
x yz x y yz xy x yz
x yz x y yz xy x yz
x yz x y yz xy x yz
xyz xyz xyz xyz xy yz xy xyz
y zxy
x
xz x yzy

210. Избавимся от отрицания

xy yz xy xyz
x 1 y y z 1
x y 1 x 1 y z 1
xy y yz y
xy x xyz xy yz y
xyz xy yz x y L
x x 1

211. Пример 6: Дана булева формула:

f ( x , y , z ) x y xy yz
x y xy yz 1
x y 1 xy yz 1
x x 1

212. Привести к полиному Жегалкина булеву формулу

x y 1 xy yz 1
x y xy x y
xy x y 1 xy yz 1
xyz xy xyz yz xy yz 1
1 L

213. Теорема (о существовании и единственности полинома Жегалкина логической функции)

У каждой логической функции
существует и единственен полином
Жегалкина [1-3].
213

214. Доказательство:

1. Существование полинома уже доказано.
2. Докажем единственность.
Для этого установим взаимно
однозначное соответствие между
полиномами и логическими функциями
от n переменных.
214

215. Доказательство:

Полином состоит из слагаемых –
конъюнкций переменных без отрицаний.
Сколько может быть различных
слагаемых?
Столько, сколькими способами можно
составить подмножеств из множества
переменных.
215

216.

Множество переменных имеет вид:
U={x1, x2, x3, …, xn}.
Тогда его подмножеств будет 2n [5].
1; конъюнкция без переменных
{x1} x1 ;
{x1, x2} x1x2;
{x1, x2, x3} x1x2x3;…
{x1, x2, x3, …, xn} x1x2x3…xn.
216

217. Доказательство:

.
Доказательство:
Полином от полинома отличается составом
слагаемых.
Значит, сколько подмножеств множества
слагаемых можно образовать, столько и
будет полиномов.
Подмножеств у множества с мощностью 2n,
2п
будет 2 .
217

218.

0; полином без слагаемых
{x1} x1
полином с одним слагаемым ;
{x1, x1x2} x1 x1x2
полином с 2 слагаемыми ;
{x1, x1x2, x1x2x3}
x1 x1x2 x1x2x3
полином с 3 слагаемыми ; и так далее.
218

219. Доказательство:

Таким образом, полиномов от n
переменных столько же, сколько и
2п
функций от n переменных – 2 .
Значит, между этими множествами
можно установить взаимно однозначное
соответствие.
219

220. Лекция 9

Замкнутые классы

221. Замкнутый класс

Система функций называется
замкнутым классом, если любая
суперпозиция функций системы
снова принадлежит системе [1-3].
221

222. Пример 1:

Множество всех конъюнкций K1 –
замкнутый класс.
f x, y xy K1 , g x,z xz K1 ,
h x, y,t xyt K1 .
w x, y,z,t f g x,z ,h x, y,t
xz xyt xzxyt xyzt K1
222

223. Пример 2:

Множество всех дизъюнкций K2 –
замкнутый класс.
f x,z x z K 2 , g y,z y z K 2 ,
h y,z,t y z t K 2 .
v x, y,z h y,g y,z , f x,z
y y z x z y y z x z
x y z K2
223

224. Пример 3:

Множество всех полиномов Жегалкина K3
– замкнутый класс.
f x,z x z 1 K3 , g y,z y z K3 ,
h x,z,t x z t K3 .
w x, y,z,t f h x,z,t ,g y,z
x z t y z 1
x y z z t 1
x y t 1 K3
224

225. Замыкание

Замыканием сиcтемы функций
называется система [ ], состоящая из
всех функций системы и всех
суперпозиций функций системы [1-3].
225

226. Функционально полные системы

Система функций называется
функционально полной (ФП), если через
суперпозиции функций этой системы
можно выразить любую логическую
функцию [1-3].
226

227. Замечание 1

Если система функций является
замкнутым классом,
то есть = K,
тогда она равна своему
замыканию:
K K
227

228. Замечание 2

Если система функций является
функционально полной,
тогда ее замыкание равно всему
множеству логических функций:
P2
228

229. Пример 4:

Пусть система 0
, , –
множество булевых операций
(базис Буля).
0 – ФП, так как любая логическая
функция может быть выражена Булевой
формулой (БФ).
229

230. Пример 5:

Система 0 является избыточной.
Дизъюнкцию можно выразить через
конъюнкцию и отрицание:
x y x y
Конъюнкцию можно выразить через
дизъюнкцию и отрицание:
x y x y
230

231. Пример 5:

Откуда:
1 , ФП
2 , ФП
231

232. Замечание 3

За неизбыточность системы
приходится платить
избыточностью формул.
232

233. Пример 6:

Пусть булева формула имеет вид:
F0 x, y, z xy xz
Тогда, в системе 1 она принимает
вид:
F1 x, y, z xy xz xy xz
233

234. Пример 7:

F0 x, y, z xy xz
Тогда, в системе 2 она принимает
вид:
F2 x, y, z x y x z
x y x z
234

235. Пример 8:

Система
4
– функционально полна.
Это следует из того, что через штрих
Шеффера можно выразить функции ФП
системы:
1 , .
235

236. Продолжение примера 8

Отрицание выразим по формуле:
x xx
Конъюнкцию выразим по формуле:
x y x y x y x y .
236

237. Продолжение примера 8

Убедимся в истинности равенства:
x xx
0 1, 0 0 1
1 0, 11 0.
237

238. Пример 9:

Система
4
– функционально полна.
Это следует из того, что через стрелку
Пирса можно выразить функции ФП
системы:
2 , .
238

239. Продолжение примера 9

Отрицание выразим по формуле:
x x x
Дизъюнкцию выразим по формуле:
x y x y x y x y .
239

240. Продолжение примера 9

Убедимся в истинности равенства:
x x x
0 1, 0 0 1
1 0, 1 1 0.
240

241. Теорема 1

Если через функции системы можно
выразить функции булева базиса
0 , , ,
то система – функциональна полна [1-3].
Тогда говорят, что система – сводится к
системе 0:
0.
241

242. Следствие

1 , 0 , ,
2 , 0 , ,
3
1 ,
4 2 ,
242

243. Теорема 2

Если через функции системы можно
выразить функции некоторой
функционально полной системы
f1 , f 2 , ..., f k ,
то система – функциональна полна [1-3].
.
243

244. Следствие

Таким образом, доказательство
функциональной полноты произвольной
системы функций можно строить путем
сведения ее к некоторой системе,
функциональная полнота которой
доказана.
244

245. Функциональная полнота в слабом смысле

Система функций называется
функционально полной в слабом
смысле (сФП),
если она будет функционально полной
после добавления констант 0 и 1 [1-3].
0,1 ФП.
245

246. Функциональная полнота в слабом смысле

Система функций
, сФП
Среди функций, образующей AG, нет
константы 1.
Но ровно половина всех полиномов
содержит слагаемое 1.
5 , ,1 ФП.
246

247. Лекция 10

Функционально полные
системы

248.

Предполные классы
Функционально полной называется
такая система функций Σ, через
функции которой можно выразить
любую логическую функцию [3–5].
248

249.

Предполные классы
Например,
, , .
0
Эта система функционально полна,
так как любая функция имеет булеву
формулу.
249

250.

Теорема 1
Произвольная
система
Σ′
будет
функционально полной, если она сводится
к функционально полной системе Σо [1-3].
Это означает, что через функции системы
Σ′ можно выразить все функции системы
Σо.
250

251.

Функция
y f x1 , x2 , ..., xn
называется
сохраняющей 0 [1-3], если
f 0, 0, ..., 0 0.
Функция
y f x1 , x2 , ..., xn
называется
сохраняющей 1 [1-3], если
f 1,1, ...,1 1.
251

252.

Функция называется монотонной [1-3],
если для любых двух наборов значений
аргументов σ и τ, таких что σ ≤ τ,
выполняется:
f(σ) ≤ f(τ).
252

253.

Утверждение 1
Класс Т0 – класс функций, сохраняющих 0,
замкнут.
Утверждение 2
Класс Т1 – класс функций, сохраняющих 1,
замкнут.
253

254.

Утверждение 3
Класс S – класс самодвойственных функций,
замкнут.
Утверждение 4
Класс L – класс линейных функций, замкнут.
254

255.

Теорема о булевой формуле
монотонной функции
У каждой булевой формулы, отличной от 0 и
1,
существует
булева
формула
без
отрицаний.
Каждая булева формула без отрицаний
описывает монотонную функцию, отличную
от 0 и 1 [1-3].
255

256.

Замечание
Чтобы проверить, есть ли у данной функции
булева формула без отрицаний, достаточно
построить ее сокращенную ДНФ. Если она
содержит
отрицания,
значит,
булевой
формулы без отрицаний у этой функции не
существует.
Следовательно,
она
немонотонна.
256

257.

Утверждение 5. Класс М – класс
монотонных функций замкнут.
Очевидно, что подстановка булевой
формулы без отрицаний в булеву формулу
без отрицаний даст булеву формулу без
отрицаний.
257

258.

Лемма 1
Если функция
немонотонна,
y = f (x1, x 2, ..., xn) –
то
подстановкой
n-1
константы из нее можно получить
отрицание [1-3].
258

259.

Доказательство
y
=
f
(
x
1, x 2, ..., xn )
Пусть функция
– немонотонна.
Тогда существуют два набора аргументов
σ и τ, таких что σ ≤ τ, при этом f(σ) > f(τ).
259

260.

Наборы
σ = (σ1, σ2, …, σn), τ = (τ1, τ2, …, τn),
Причем
f(σ) = 1, а f(τ) = 0.
Образуем
цепочку
соседних
наборов,
переводящих σ в τ:
σ = δ1 ≤ δ2 ≤ … δk-1 ≤ δk = τ.
260

261.

Среди этих наборов есть такие два соседних
набора
δi ≤ δi+1,
которые отличаются лишь в одной (i-ой)
координате
δj i = 0 и δj i+1 = 1.
261

262.

Но при этом f(δi) = 1, а f(δi+1) = 0. Остальные
координаты этих наборов одинаковы.
Если подставить значения остальных
координат вместо n – 1 переменной функции
y = f (x1, x 2, ..., xn) , то функция оставшейся
одной переменной является отрицанием:
g(x j ) x j.
262

263.

Пример 1:
Пусть немонотонная функция f(x, y, z) задана
таблицей.
Пользуясь леммой 1 получить из нее
отрицание, заменив две переменные
константами.
263

264.

Решение:
Таблица функции имеет вид:
264

265.

Пусть σ = (0, 0, 0) ≤ τ = (1, 1, 1), при
этом f(0, 0, 0) = 1, а f(1, 1, 1) = 0.
Образуем цепочку соседних наборов,
переводящих σ в τ:
σ = (0, 0, 0) ≤ (0, 0, 1) ≤ (1, 0, 1) ≤ (1, 1, 1) = τ
265

266.

Заметим, что:
f(0, 0, 0) = 1,
f(0, 0, 1) = 1,
f(1, 0, 1) = 0,
f(1, 1, 1) = 0.
266

267.

То есть наборы (0, 0, 1) ≤ (1, 0, 1) такие,
что при переходе от меньшего к
большему значение функции меняется с
большего на меньшее.
Обратим внимание, что одинаковые
значения в этих наборах имеют
переменные y = 0 и z = 1.
267

268.

Заменим эти переменные в списке
аргументов функции f(x, y, z) на
соответствующие константы.
Получим функцию:
g x f x, 0, 1 x .
268

269.

Убедимся в том, что полученная функция
действительно является отрицанием.
Построим таблицу функции g(x).
Для этого выберем в таблице функции
f(x, y, z) только те строки, где y = 0 и z = 1.
269

270.

270

271.

Получим таблицу вида
Очевидно, что
g x x.
271

272.

Лемма 2
Если функция y f ( x1 , x2 , ... , xn )
–
нелинейна, то подстановкой n – 2 констант
и используя отрицание из нее можно
получить дизъюнкцию и конъюнкцию [1-3].
272

273.

Доказательство
Пусть функция
y f ( x1 , x2 , ... , xn ) –
нелинейна.
Тогда ее полином Жегалкина содержит
конъюнкцию нескольких переменных.
273

274.

Доказательство
Выберем одну из самых коротких.
Обозначим ее, подставим вместо
переменных
k xi1 xi2 ... xim
единицу, а переменные, не вошедшие в
конъюнкцию, xi3 , xi4 , ..., xim
положим равными 0.
274

275.

Заменим
xi1 переменную на x,
а переменную xi2 на y.
Тогда полином Жегалкина такой
функции примет вид:
xy x y
275

276.

В зависимости от вида функции
y f ( x1 , x2 , ... , xn )
параметры α, β и γ могут принимать
различные значения. Покажем, что в каждом
случае суперпозиция полученной функции и
отрицания будет являться конъюнкцией или
дизъюнкцией переменных x и y.
276

277.

277

278.

Пример 2
Пусть полином Жегалкина функции имеет
вид:
f x, y, z, t xyzt xyz xzt x y z 1
Выберем одну из самых коротких
конъюнкций нескольких переменных.
k xzt.
278

279.

Заменим в конъюнкции
k xzt
переменную t на 1, а переменную у, не
вошедшую в эту конъюнкцию на 0. Тогда
f x, 0, z,1
x 0 z 1 x 0 z xz 1 x 0 z 1
xz x z 1 x z h x, z .
Тогда дизъюнкция получается как суперпозиция
h и отрицания:
x z h x, z .
279

280. Теорема 1 (о слабой функциональной полноте)

Для того чтобы система функций Σ была
полной в слабом смысле необходимо и
достаточно, чтобы она содержала хотя бы
одну нелинейную функцию и хотя бы одну
немонотонную функцию [1-3].
280

281.

Лемма 3
Если функция
y f ( x1 , x2 , ... , xn )
–
несамодвойственна,
то подстановкой отрицания из нее можно
получить константы 0 и 1.
281

282. Теорема Поста

Для того чтобы система функций была
функционально полна (в сильном смысле) [1-3],
необходимо и достаточно, чтобы она содержала:
• хотя бы одну немонотонную,
• хотя бы одну нелинейную,
• хотя бы одну несамодвойственную,
• хотя бы одну не сохраняющую 0,
• хотя бы одну не сохраняющую 1.
282

283. Почему классы M, S, L, T0 и T1 называются предполными?

Построим таблицу, где на пересечении строки и
столбца укажем функции, которые принадлежат
одному классу и не принадлежат другому.
T0
T1
T0
M
0
T1
1
M
1
0
S
x
x
x
x
L
S
x y
x~ y
x
x
L
x y
xy
xy
x y
x y
xy
m(x,y,z)
x y
283

284. Почему классы M, S, L, T0 и T1 называются предполными?

Очевидно, что ни один класс не входит
целиком в другой класс.
Поэтому в ФПС должны присутствовать
представители всех предполных классов: не
сохраняющих 0, не сохраняющих 1, не
монотонных, не самодвойственных, не
линейных.
284

285. Пример 3:

Построить таблицу Поста и сделать вывод о
функциональной полноте системы
Σ , , .
Переобозначим функции.
f1 x , y x y , f 2 x , y x y , f3 x , y x .
285

286. Пример 3:

Построить таблицы заданных функций.
f1 x , y x y , f 2 x , y x y , f x , y x .
x
y
f1 x , y
f2 x , y
f3 x , y
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
0
286

287. Пример 3:

Проверим на
принадлежность
классам Т0 и Т1.
f1(0, 0) = 0 f1 x , y Т 0
f2(0, 0) = 0 f 2 x , y Т 0
f3(0, 0) = 1 f3 x , y Т 0
f1(1, 1) = 1 f1 x , y Т1
f2(1, 1) = 1 f 2 x , y Т1
f3(1, 1) = 0 f3 x , y Т1
287

288. Пример 3:

Проверим на
принадлежность
классу S.
f1(0, 1) = f1(1, 0) f1 x , y S
f2(0, 1) = f2(1, 0) f 2 x , y S
f3(0, 0) ≠ f3(1, 1),
f3 x , y S
f3(0, 1) ≠ f3(1, 0)
288

289. Пример 3:

Проверим на
принадлежность
классу М. Построим
булеву формулу
без отрицаний
или найдем наборы, где нарушена монотонность.
f1(x, y) = xy – б.ф. без отрицаний f1 x , y М
f2(x, y) = x˅y – б.ф. без отрицаний f 2 x , y М
0,0 1,1 & f3 0,0 f3 1,1 f3 x , y M
289

290. Пример 3:

Проверим на
принадлежность
классу L. Построим
полином Жегалкина.
f1(x, y) = xy – есть конъюнкция 2-х
переменных f1 x , y L
f 2 x , y x y xy x y – есть конъюнкция
2-х переменных
f 2 x , y L
f3 x , y x x 1 – нет конъюнкции 2-х
переменных f3 x , y L
290

291. Пример 3:

Построим таблицу Поста.
f1 x , y
f2 x , y
f3 x , y
T0
T1
S
M
L
Система удовлетворяет теореме Поста. Она
является функционально полной.
291

292. Пример 4:

Построить таблицу Поста и сделать вывод о
функциональной полноте системы
Σ , .
Переобозначим функции.
f1 x , y x y , f 2 x , y x y .
292

293. Пример 4:

Построить таблицы заданных функций.
f1 x , y x y , f 2 x , y x y .
x
y f1 x , y
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
f2 x , y
293

294. Пример 4:

Проверим на
принадлежность
классам Т0 и Т1.
f1(0, 0) = 0 f1 x , y Т 0
f2(0, 0) = 1 f 2 x , y Т 0
f1(1, 1) = 0 f1 x , y Т1
f2(1, 1) = 1 f 2 x , y Т1
0
294

295. Пример 4

Проверим на
принадлежность
классу S.
f1(0, 1) = f1(1, 0) f1 x , y S
f2(0, 1) = f2(1, 0) f 2 x , y S
295

296. Пример 4:

Проверим на
принадлежность
классу М. Построим
булеву формулу
без отрицаний
или найдем наборы,
где нарушена монотонность.
1,0 1,1 & f1 1,0 f1 1,1 f1 x , y M
0,0 1,0 & f 2 0,0 f 2 1,0 f 2 x , y M
296

297. Пример 4:

Проверим на
принадлежность классу L.
Построим
полином Жегалкина.
f1 x , y x y – нет конъюнкции 2-х
переменных
f1 x , y L
f 2 x , y x y x y x y xy x 1
– есть конъюнкция 2-х переменных
f 2 x , y L
297

298. Пример 4:

Построим таблицу Поста.
f1 x , y
f2 x , y
T0
T1
S
M
L
Система удовлетворяет теореме Поста. Она
является функционально полной.
298

299. Пример 5:

Система Σ = {f} состоит из одной
логической функции, заданной своим вектор-
столбцом. Построить таблицу Поста и
сделать вывод о функциональной полноте
данной системы.
T
f 10100111
299

300. Пример 5:

Построим таблицу
данной функции.
f 10100111
T
x
y
z
f x , y , z
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1 300

301. Пример 5:

Проверим на
принадлежность
классам Т0 и Т1.
f(0, 0, 0) = 1 f x , y , z Т 0
f(1, 1, 1) = 1 f x , y , z Т1
0
301

302. Пример 5:

Проверим на
принадлежность
классу S.
f(0, 0, 0) = f(1, 1, 1) f x , y S
302

303. Пример 5:

Проверим на
принадлежность классу М.
Найдем сДНФ и проверим ее
на наличие отрицаний
или найдем наборы,
где нарушена монотонность.
0,0,0 0,1,1 & f1 0,0,0 f1 0,1,1
f x , y , z M
f x , y , z x y z xyz xyz xyz xyz
1
2
3
4
5
f x , y , z x z yz xz xy сДНФ с отриц.
45
12
24
35
f x , y , z M303

304. Пример 5:

Проверим на
принадлежность классу L.
Построим полином Жегалкина.
f x , y , z x y z x yz xyz xyz xyz
x 1 y 1 z 1
x 1 y z 1 x y 1 z
xy z 1 xyz
xyz xy xz yz x y z 1
– есть конъюнкция
xyz xy yz y
2-х переменных
xyz xz xyz xy xyz
f 2 x , y L 304
xyz xy x z 1

305. Пример 5:

Построим таблицу Поста.
f x , y , z
T0
T1
S
M
L
1. Система не является ФП.
2. Система является сФП (есть немонотонная
и нелинейная функции).
3. ФП будет система Σ ᴗ {0}.
305

306. Лекция 11

Логика
высказываний

307. Высказывание

Высказывание – это утверждение или
повествовательное предложение, которое
может быть либо истинным, либо
ложным [1, 3-4].
Значением истинного высказывания
является «И» – истина, ложного «Л» –
«ложь».
307

308. Высказывание

Повелительные («Войдите,
пожалуйста»), вопросительные
(«Который час?») и бессмысленные
предложения («Сумма пяти и
восемнадцати»), в которых ничего не
утверждается, не являются
высказываниями.
308

309. Высказывание

Не будет высказыванием утверждение,
истинность или ложность которого
нельзя определить однозначно.
Например: «Музыка Вагнера очень
мелодична», «Картины Пикассо
слишком абстрактны».
309

310. Логика высказываний

Предметом логики высказываний является
анализ различных логических связей и
методы построения на их основе правильных
логических рассуждений [1, 3-4].
Способы построения новых высказываний
из заданных с помощью логических связок и
определение истинности высказываний,
изучаются в логике высказываний.
310

311. Логика высказываний

Основные логические связки это связки:
и, или, не, если … то…, которые в логике
высказываний имеют специальные названия
и обозначения. Иногда к ним добавляют еще
две связки либо …, либо …(или …, или …);
если, и только если (тогда и только тогда).
Для одной и той же связки в разных источниках используются разные
названия и обозначения, которые приведены в таблице 1.
311

312.

Связка
Название
Обозначение
Высказывание,
полученное
с помощью связки
Математическая
запись
А В
А В
А В, АВ
А В
и
конъюнкция
(или логическое
умножение)
АиВ
или
не
дизъюнкция
А или В
отрицание,
инверсия
импликация
не А
если А, то В
(А влечет В)
исключающее
«или»,
неравнозначность
эквивалентность,
равнозначность
либо А, либо В
если …,
то …
либо …,
либо …
если и
только
если
А,
A
A B,
A B
А В
А В
~, А, если и только А В
если В
А ~ В,
А 312
В

313. Логика высказываний

В последней колонке табл. 1 записаны
формулы, или выражения логики
высказываний. С помощью букв А, В, С,
... обозначающих высказывания, связок
и скобок можно построить
разнообразные формулы.
313

314. Логика высказываний

A – светит солнце, В – идет дождь,
АВ – светит солнце и идет дождь.
С – контакт замкнут, D – лампа горит,
С D – если контакт замкнут, то лампа горит.
Истинными или ложными будут составные
высказывания, зависит от истинности простых
высказываний, входящих в формулу.
314

315. Логика высказываний

A – Марс – спутник Земли, В – Лондон –
столица Англии,
АВ – Марс – спутник Земли и Лондон –
столица Англии, ложное высказывание;
А В – Марс – спутник Земли или Лондон –
столица Англии, истинное;
А В – если Марс – спутник Земли , то
Лондон – столица Англии, истинное.
315

316. Алгебра высказываний

Исследование свойств таких формул и
способов установления их истинности и
является основным предметом логики
высказываний.
Существуют два подхода к построению
логики высказываний, которые образуют два
варианта этой логики: алгебру логики и
исчисление высказываний.
316

317. Алгебра высказываний

Алгебра высказываний рассматривает
логические формулы как алгебраические
выражения, связывающие высказывания,
которые можно преобразовать по
определенным правилам. Знаки операций
обозначают логические операции (логические
связки).
317

318. Алгебра высказываний

В формулах алгебры логики переменные – это
высказывания. Они принимают только два
значения – ложь и истина, которые
обозначаются либо 0 и 1, либо Л и И, либо
false и true.
Каждая формула задает логическую функцию,
которая сама может принимать только два
логических значения.
318

319. Алгебра высказываний

Таблица логических функций
одной переменной
Константа 0: Тождество: Отрицание: Константа 1:
x f (x) = 0 f ( x) = x f ( x) = x f (x) = 1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
319

320. Таблица функций двух переменных и основные логические связки

x1 x2
Импликация
Эквивалентность
(равнозначность)
Стрелка Пирса
(НЕ – ИЛИ)
x1 x 2
Конъюнкция
x 1 ∨ x 2 x 1 ∧ x 2 x 1 → x2 x 1 ~ x 2 x 1 x2 x 1 x2
Дизъюнкция
Неравнозначность
(сложение по модулю
2)
Штрих Шеффера
(НЕ – И)
Таблица функций двух переменных
и основные логические связки
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
320
1
1
1
1
1
1
0
0
0

321. Алгебра высказываний

Интерпретацией [1, 3-4] формулы
логики высказываний называется набор
значений высказываний,
входящих в нее.
321

322. Алгебра высказываний

Формула F называется тождественно
истинной [1, 3-4] или тавтологией,
если она принимает значение «истина»
независимо от значений входящих в нее
высказывательных переменных, (на всех
интерпертациях).
322

323. Алгебра высказываний

Формула F называется тождественно
ложной [1, 3-4] или противоречивой,
если она принимает значение «ложь»
независимо от значений входящих в нее
высказывательных переменных, (на всех
интерпертациях).
323

324. Алгебра высказываний

Формула F называется выполнимой, если
при некоторых интерпретациях она
принимает значение «истина».
Интерпретация, при которой формула
принимает значение «истина», называется
моделью формулы F.
324

325. Исчисление высказываний

Пусть интерпретация определена на всех
высказывательных переменных,
встречающихся в формулах множества .
Говорят, что выполняет или
модель , если каждая формула из
множества принимает значение
«истина», при интерпретации [1, 3-4].
325

326. Исчисление высказываний

Говорят, что выполнимо, если имеет
модель.
Если не выполнимо, то пишут:
=.
326

327. Исчисление высказываний

Пусть – множество формул логики
высказываний, F – произвольная формула.
Говорят, что множество логически
влечет формулу F, если любая модель
являются моделью для F [1, 3-4].
Обозначается:
= F.
327

328. Исчисление высказываний

Утверждение того, что некоторое
высказывание (заключение) следует из
других высказываний (посылок),
называется аргументом [1, 3-4].
328

329. Аргумент

H1
H2
...
гипотезы
Hn
∴ G заключение
329

330. Исчисление высказываний

Аргумент называется правильным, если
из множества гипотез логически следует
заключение аргумента.
330

331. Пример 1.1

Проверить истинность, выполнимость
или ложность формулы.
F = ( A B ) A.
Построим
таблицу
истинности
и
убедимся в наличии моделей формулы F.
331

332. Пример 1.1

Напомним, интерпретация модель F,
если значение функции на
интерпретации равен Истине.
332

333. Пример 1.1 F = (A  B)  A

Пример 1.1
F = (A B) A
Моделью F является интерпретация (набор
значений аргументов) = (0, 1).
333

334. Пример 1.1

Так как у F есть модель, значит она не
является тождественно ложной
(противоречивой).
Так как не все интерпретации F являются ее
моделями, значит она не является
тождественно истинной (тавтологией).
F является выполнимой.
334

335. Пример 1.2

Проверить истинность, выполнимость
или ложность формулы.
F = (A B) (A│B).
Построим
таблицу
истинности
и
убедимся в наличии моделей формулы F.
335

336. Пример 1.2 F = (A  B)  (A│B)

Пример 1.2 F = (A B) (A│B)
А В А В
А│В
F
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
Все интерпретации F является ее моделями.
336

337. Пример 1.2

Так как все интерпретации F являются
ее моделями, значит она является
тождественно истинной (тавтологией).
337

338. Пример 2.1

Проверить, выполнимо ли множество Г.
Г = {A B, A B}.
Надо проверить, найдется ли такая
интерпретация , которая является моделью
разу для всех формул множества Г.
Построим таблицу для всех функций из Г.
338

339. Пример 2.1 Г = {AB, AB}

Пример 2.1
А В
Г = {A B, A B}
А В
А В
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
= (0,0) является моделью всех формул Г.
Значит Г – выполнимо
339

340. Пример 2.2

Проверить, выполнимо ли множество Г.
Г = {A B, A B, А В}.
Надо проверить, найдется ли такая
интерпретация , которая является моделью
сразу для всех формул множества Г.
Построим таблицу для всех функций из Г.
340

341. Пример 2.2 Г = {A  B, A  B, А  В}

Пример 2.2 Г = {A B, A B, А В}
А В A B
A B
А В
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
Г не имеет моделей. Значит Г не выполнимо: Г
341

342. Пример 3.1

Проверить, будет ли из множества формул Г
логически следовать функция F.
Г = { A B, А В}, F = A B
Надо проверить, будет ли всякая модель
множества Г моделью формулы F.
Построим таблицу для функций Г и F .
342

343. Пример 3.1 Г={AB, АВ}, F=AB

Пример 3.1 Г={ A B, А В}, F=A B
А В A B
А В
A B
0 0
0
1
0
0 1
1
1
1
1 0
1
0
1
1 1
0
1
1
Модель Г ( = 01) является моделью F.
Значит из Г логически следует F. Г F.
343

344. Пример 4.1

Проверить правильность аргумента.
Если Джон коммунист, то Джон атеист.
Джон атеист. Значит Джон коммунист.
А – Джон коммунист;
В – Джон атеист.
Составим аргумент.
344

345. Пример 4.1

А В
В_
А
Здесь Г={А В, В} – множество
посылок,
F = A – заключение.
345

346. Пример 4.1

Чтобы проверить правильность аргумента,
необходимо убедиться в том, что из множества
посылок логически следует заключение: Г F.
В нашем случае:
{А В, В} А
346

347. Пример 4.1

А В A B
0 0
1
0 1
1
1 0
0
1 1
1
В
0
1
0
1
A
0
0
1
1
= 11 является моделью Г и F. = 01 является
моделью Г и не является моделью F.
347

348. Пример 4.1

Таким образом, из множества посылок
Г не следует логически заключение F.
Это означает, что аргумент неверный.
348

349. Лекция 12

Логика
предикатов

350. Предикаты

Предикат – это функция вида [1, 3-4]
Р(х1, х2, …, хn) = y,
Здесь х1, х2, …, хn – предметные
переменные; y – значение предиката.
350

351. Предикаты

x1 M 1 , x2 M 2 , ..., xn M n
где M 1 , M 2 , ..., M n
предметные множества [1, 3-4],
M 1 M 2 ... M n
поле предиката [1, 3-4].
351

352. Предикаты

Переменная y – может принимать
значения из множества
В ={0, 1}.
Здесь 0 – «нет», «ложь»;
1 – «да», «истина».
352

353. Предикаты

Например:
1) на множестве N задан предикат Р(х) –
«х является четным числом».
Тогда Р(1) = 0, Р(2) = 1;
2) на множестве N×N задан предикат
Q(x,y) – «x ≤ y».
Тогда Q(1,1) = 1; Q(1,2) = 1; Q(3,2) = 0.
353

354. Предикаты

Подмножество I множества М
называется областью истинности [1, 3-4]
предиката Р, если наборы значений
предметных переменных из множества I
обращают предикат P в 1.
354

355. Предикаты

Например:
для предиката Q(x,y) область истинности
I – множество всех точек плоскости с
натуральными координатами, лежащие
на диагонали первого координатного
угла и выше.
355

356. Предикаты

Рис. 1. Область истинности
356

357. Предикаты

Над предикатами можно совершать
знакомые нам логические операции:
конъюнкцию, дизъюнкцию, отрицание,
импликацию, и т. д.
Например: Р(х,у) – «х<y», R(x,y) – «x=y».
Тогда ⌐ Р(х,у) – «х≥у»,
Р(х,у)˅ R(x,y) – «х≤у» и т. д.
357

358. Предикаты

При этом область истинности
полученных предикатов изменяется по
тем же правилам:
I P I P ;
I P R I P I R ;
и так далее.
358

359. Предикаты

Однако в логике предикатов есть
операция, которая отсутствуют в логике
высказываний.
Квантификация или квантирование.
359

360. Предикаты

В результате этой операции на
переменную предиката навешивается
квантор (переменная связывается
квантором). Переменная при этом
становится связанной. Переменная, не
связанная называется свободной [1, 3-4].
360

361. Предикаты

361

362. Предикаты

Предикатная формула:
xP x
истинна тогда и только тогда, когда
предикат Р(х) = 1 при любом х,
ложна тогда и только тогда, когда
найдется х, при котором предикат Р(х)=0.
362

363. Предикаты

Предикатная формула:
xP x
истинна тогда и только тогда, когда
найдется х, при котором предикат
Р(х) = 1, ложна тогда и только тогда,
когда предикат Р(х) = 0 при любом х.
363

364. Замечание

Когда в предикате Р(х) переменная х
связывается квантором, она перестает
влиять на значение предиката и
предикат становится высказыванием,
принимающим фиксированное значение
Истина или Ложь.
364

365. Предикаты

Например: Р(х) – «х является четным
числом» на множестве N .
0.
Тогда xP x
так как есть х = 3, при котором Р(3)=0.
Тогда
xP x 1.
так как есть х = 2, при котором Р(2)=1.
365

366. Предикаты

Если предикат имеет более 1
переменной, то ее квантификация
приводит к уменьшению числа
переменных на 1.
Пример 1. Предикат Q(x,y) – «x ≤ y» на
множестве N×N. Квантифицируем его.
366

367. Пример 1

xQ x, y R( y )
новый предикат от одной переменной у
– «любое натуральное число х меньше
либо равно у».
При у = 1 это не так (любой х ≤ 1) ,
xQ x,1 R(1) 0,
При у = 2 это не так (любой х ≤ 2),
xQ x,2 R(2) 0, ...
367

368. Пример 1

Таким образом, предикат
R( y) xQ x, y 0,
то есть является функцией-константой.
368

369. Пример 1

xQ x, y W ( y )
новый предикат от одной переменной у
– «найдется натуральное число х
меньше либо равно у».
При у = 1 это так (найдется х ≤ 1) ,
xQ x,1 W (1) 1,
При у = 2 это так (найдется х ≤ 2),
xQ x,2 W (2) 1, ...
369

370. Пример 1

Таким образом, предикат
W( y) xQ x, y 1
то есть тоже является функцией –
константой.
370

371. Пример 1

yQ x, y V ( x)
новый предикат от одной переменной x –
«натуральное число х меньше либо равен
любого натурального числа у».
При х = 1 это так (верно, что любой y ≥ 1) ,
yQ 1, y V (1) 1,
При x = 2 это не так (неверно, что любой y ≥ 2)
yQ 2, y V (2) 0,...
371

372. Пример 1

Таким образом, предикат
1, x 1,
V ( x) yQ x, y
0, x 1.
то есть не является функцией – константой.
372

373. Пример 1

yQ x, y U ( x)
Новый предикат от одной переменной х
«натуральное число х меньше либо равно
некоторому числу у».
При х = 1 это так (найдется число, которому
меньше или равна 1)
yQ 1, y U (1) 1,
При х = 2 это так (найдется число, которому меньше
или равна 2)
yQ 2, y U (2) 1, ...
373

374. Пример 1

Таким образом, предикат
U ( x) yQ x, y 1,
то есть является функцией-константой.
374

375. Пример 1

Кванторы можно навесить на все
переменные предиката. Тогда предикат
станет высказыванием.
375

376. Пример 1

x yQ x, y 0
так как неверно то, что любой
натуральный х меньше либо равен
любому натурального у.
Например, при х = 5, у = 2.
376

377. Пример 1

x yQ x, y 1
так как верно то, что любой натуральный
х меньше либо равен некоторого
натурального у.
Например, при х = 1, у = 1;
при х = 2, у = 2, …
377

378. Пример 1

y xQ x, y 0
так как неверно то, что найдется такой
натуральный у, который будет больше
либо равен любого натурального х.
Это связано с тем, что натуральное
множество не ограничено сверху.
378

379. Пример 1

x yQ x, y 1
так как верно то, что найдется такой
натуральный х, который будет меньше
либо равен любого натурального у.
Этот х = 1. Если бы неравенство было
строгое, высказывание было бы ложным.
379

380. Пример 1

y xQ x, y 1
так как верно то, что любой натуральный
у, больше либо равен некоторому
натуральному х.
Например, у = 1, х = 1; у = 2, х = 2,…
380

381. Пример 1

x yQ x, y 1
так как верно то, что найдутся такие
натуральные х и у, что х меньше либо
равен этому у.
Например, х = 3, у = 7.
381

382. Пример 2

Дан предикат
Q(x,y) – «x является делителем y»,
заданный на множестве N×N.
Навесим кванторы сначала на одну
переменную предиката, затем на обе
переменные.
382

383. Пример 2

xQ x, y R( y )
новый предикат от одной переменной у
– «любое натуральное число х является
делителем натурального числа у».
При у = 1 это не так (любой х не делитель 1),
xQ x,1 R(1) 0,
При у = 2 это не так (любой х не делитель 2),
xQ x,2 R(2) 0, ...
383

384. Пример 2

Таким образом, предикат
R( y) xQ x, y 0,
то есть является функцией-константой.
384

385. Пример 2

xQ x, y W ( y )
новый предикат от одной переменной у
– «найдется натуральное число х,
которое является делителем у».
При у = 1 это так (найдется делитель х = 1),
xQ x,1 W (1) 1,
При у = 2 это так (найдется делитель х = 2),
xQ x,2 W (2) 1, ...
385

386. Пример 2

Таким образом, предикат
W ( y) xQ x, y 1 , ,
то есть тоже является функцией –
константой.
386

387. Пример 2

yQ x, y V ( x)
новый предикат от одной переменной x –
«натуральное число х делитель любого
натурального числа у».
При х = 1 это так (1 – делитель любого у) ,
yQ 1, y V (1) 1,
При x = 2 это не так (2 – не делитель любого у),
yQ 2, y V (2) 0,...
387

388. Пример 2

Таким образом, предикат
1, x 1,
V ( x) yQ x, y
0, x 1.
то есть не является функцией-константой.
388

389. Пример 2

yQ x, y U ( x)
новый предикат от одной переменной x
– «натуральное число х делитель
некоторого натурального числа у».
При х = 1 это так (1 – делитель некоторого у) ,
yQ 1, y V (1) 1,
При x = 2 это так (2 – делитель некоторог у),
yQ 2, y V (2) 1,...
389

390. Пример 2

Таким образом, предикат
U ( x) yQ x, y 1 ,
то есть является функцией – константой.
390

391. Пример 2

Кванторы можно навесить на все
переменные предиката. Тогда предикат
станет высказыванием.
391

392. Пример 2

x yQ x, y 0
так как неверно то, что любой
натуральный х является делителем
любого натурального у.
Например, при х = 5, у = 2.
392

393. Пример 2

x yQ x, y 1
так как верно то, что любой натуральный
х является делителем некоторого
натурального у.
Например, при х = 1, у = 1;
при х = 2, у = 2, …
393

394. Пример 2

y xQ x, y 0
так как неверно то, что найдется такой
натуральный у, который будет
делиться на любой натуральный х.
Это связано с тем, что натуральное
множество не ограничено сверху.
394

395. Пример 2

x yQ x, y 1
так как верно то, что найдется такой
натуральный х, который будет
делителем любого натурального у.
Этот х = 1. Если бы неравенство было
строгое, высказывание было бы ложным.
395

396. Пример 2

y xQ x, y 1,
так как верно то, что любой натуральный
у, делится на некоторый натуральный х.
Например, у = 1, х = 1; у = 2, х = 2,…
396

397. Пример 2

x yQ x, y 1,
так как верно то, что найдутся такие
натуральные х и у, что х является
делителем этого у.
Например, х = 2, у = 4.
397

398. Пример 3

Дан предикат
Q(x,y) – «x является родителем y»,
заданный на множестве L×L, где L –
множество людей. Навесим кванторы
сначала на одну переменную предиката,
затем на обе переменные.
398

399. Пример 3

xQ x, y R( y )
новый предикат от одной переменной у
– «любой человек х является родителем
человека у».
Это неверно, так как у человека у только
двое родителей – мать и отец.
399

400. Пример 3

Таким образом, предикат
R( y) xQ x, y 0,
то есть является функцией-константой.
400

401. Пример 3

xQ x, y W ( y )
новый предикат от одной переменной у
– «найдется такой человек х, который
является родителем у».
Это верно, так как если человек рожден,
у него есть (были) родители.
401

402. Пример 3

Таким образом, предикат
W ( y) xQ x, y 1 ,
то есть тоже является функцией –
константой.
402

403. Пример 3

yQ x, y V ( x)
новый предикат от одной переменной x –
«человек х родитель любого человека у».
Это не так, так как у любого человека
ограниченное количество детей.
403

404. Пример 3

Таким образом, предикат
V ( x) yQ x, y 0 ,
то есть является функцией-константой.
404

405. Пример 3

yQ x, y U ( x)
новый предикат от одной переменной x
– «человек х является родителем
некоторого человека у».
Это верно, если у человека х есть дети,
и неверно, если у человека х нет детей.
405

406. Пример 3

Таким образом, предикат
1,если у х есть дети
U ( x) yQ x, y
0,если у х нет детей
то есть не является функцией –
константой.
406

407. Пример 3

Кванторы можно навесить на все
переменные предиката. Тогда предикат
станет высказыванием.
407

408. Пример 3

x yQ x, y 0 ,
так как неверно то, что любой человек х
является родителем любого человека у.
408

409. Пример 3

x yQ x, y 0 ,
так как верно то, что любой человек х
является родителем некоторого
человека у.
Не у каждого человека есть дети.
409

410. Пример 3

y xQ x, y 0 ,
так как неверно то, что найдется такой
человек у, который будет родителем
любой человек х.
Это связано с тем, что натуральное
множество не ограничено сверху.
410

411. Пример 3

x yQ x, y 0 ,
так как неверно то, что найдется такой
человек х, который будет родителем
любого человека у.
411

412. Пример 3

y xQ x, y 1 ,
так как верно то, что у любого человека у,
имеется (имелся когда-то) родитель х.
412

413. Пример 3

x yQ x, y 1,
так как верно то, что найдутся такие два
человека х и у такие, что человек х
является родителем человека у.
413

414. Логика предикатов

Равносильные предикатные формулы
– те, у которых область истинности
совпадает.
414

415. Логика предикатов

Интерпретация [1, 3-4] – это
сопоставление каждому предикатному
символу в формуле определенного
предиката.
415

416. Логика предикатов

Пусть формулы F и G содержат одно и
тоже множество свободных переменных.
Формулы F и G равносильны в данной
интерпретации – если они выражают
один и тот же предикат [1, 3-4].
416

417. Логика предикатов

Например:
P x, y : x y; Q x, y : x y.
Тогда предикатные формулы:
F P x, y и G Q x, y
являются равносильными в данной
интерпретации, так как
P x, y Q x, y .
При других интерпретациях предикатов P и Q
формулы могут не быть равносильными.
417

418. Логика предикатов

Формулы F и G равносильны на
множестве М – если они равносильны
во всех интерпретациях на этом
множестве [1, 3-4].
418

419. Логика предикатов

Например: F xP x , G xP x
Равносильны в любой интерпретации на
множестве М, если М состоит из одного
элемента. Если
a M : P a 0, xP x 0 и xP x 0.
Если
a M : P a 1, xP x 1 и xP x 1.
На другом множестве формулы F и G могут не быть
419
равносильными.

420. Логика предикатов

Формулы F и G равносильны в логике
предикатов – если они равносильны на
всех множествах [1, 3-4].
420

421. Логика предикатов

Например:
F P x P x ,
G P x P x .
Тогда F и G равносильны на любых
множествах и при любых интерпретациях
предиката P(x).
F G
421

422. Равносильные формулы

Для предикатных формул сохраняются
все равносильности (эквивалентности)
алгебры логики. Например, закон де
Моргана:
P x Q x P x Q x
P x Q x P x Q x
422

423. Свойства операций над предикатами

Перенос квантора через отрицание
xP x x P x
1
xP x x P x
2
Здесь и далее, знак равносильности ≡ заменен
знаком равенства.
423

424. Свойства операций над предикатами

Вынос квантора за скобки
xP x Q x P x Q 3
xP x Q x P x Q 4
424

425. Свойства операций над предикатами

Вынос квантора за скобки
xP x Q x P x Q 5
xP x Q x P x Q 6
425

426. Свойства операций над предикатами

Закон коммутативности для
одноименных кванторов:
x yP x, y y xP x, y 7
x yP x, y y xP x, y 8
426

427. Свойства операций над предикатами

Коммутативность дает возможность
использовать более краткую запись:
x y zP x, y,z x, y, zP x, y,z 9
x y zP x, y, z x, y, zP x, y, z 10
427

428. Равносильные формулы

Проверить равносильность формулы в логике
предикатов не так просто, как в логике
высказываний. Высказывание может
принимать значения 0 и 1. Формула с 2
высказываниями содержит 2² возможных
значений, и так далее.
Предикат имеет бесконечное множество
интерпретаций.
428

429. Истинность в логике предикатов

Предикатная формула F называется
выполнимой (непротиворечивой), если
существует интерпретация входящих в
нее предикатов, в которой F принимает
значение истина. То есть ее область
истинности не пуста [1, 3-4].
429

430. Истинность в логике предикатов

Предикатная формула F называется
тождественно истинной
(общезначимой) [1, 3-4], если при любой
интерпретации входящих в нее
предикатов, область истинности
совпадает с областью определения.
430

431. Истинность в логике предикатов

Предикатная формула F называется
тождественно ложной
(противоречивой) [1, 3-4], если при
любой интерпретация входящих в нее
предикатов, область истинности пуста.
431

432. Истинность в логике предикатов

Например:
F P x P x 1
Тождественно истинная формула.
G P x P x 0
Тождественно ложная формула.
432

433. Истинность в логике предикатов

Замечание 1
Формула F – общезначима тогда и только
тогда, когда ¬F – противоречива.
Замечание 2
Формула F – выполнима тогда и только тогда,
когда ¬F – не является общезначимой.
433

434. Истинность в логике предикатов

Замечание 3
Если F и G – равносильные формулы в
логике предикатов, то формула
W=F~G
общезначима и выполняется равенство:
I F IG .
434

435. Истинность в логике предикатов

Замечание 4
Если формула
W=F→G
общезначима, то выполняется:
I F IG .
435

436. Истинность в логике предикатов

Замечание 5
Если y не входит в формулу P(x), то
следующие формулы являются
общезначимыми:
xP x P y ;
P y xP x .
436

437. Истинность в логике предикатов

Квантор общности является
обобщением конъюнкции, поэтому
справедлива формула:
x P x Q x
11
xP x xQ x .
437

438. Истинность в логике предикатов

Квантор существования является
обобщением дизъюнкции, поэтому
справедлива формула:
x P x Q x
12
xP x xQ x .
438

439. Истинность в логике предикатов

Замечание 6
Если в формулах (11) и (12) поменять
местами кванторы, то получаются
выражения, истинные лишь в одну
сторону:
x P x Q x
13
xP x xQ x .
439

440. Истинность в логике предикатов

xP x xQ x
14
x P x Q x .
В таких случаях говорят, что левая
часть утверждения более сильная, чем
правая.
440

441. Истинность в логике предикатов

В таком случае, надо воспользоваться
правилом:
xP x yP y zP z tP t ...
xP x yP y zP z tP t ...
То есть, если переменная связана квантором,
то неважно, как она называется.
441

442. Истинность в логике предикатов

В выражениях (13) и (14) надо сделать замену
переменной, после чего воспользоваться
формулами (4) и (5):
xP x xQ x
xP x yQ y
x y P x Q y .
15
442

443. Истинность в логике предикатов

xP x xQ x
xP x yQ y
x y P x Q y .
16
443

444. Истинность в логике предикатов

Префиксной нормальной формой (ПНФ)
называется формула, имеющая вид [1, 3-4] :
Q1 x1Q2 x2 ...Qn xn F ,
где Q1 , Q2 ,...Qn кванторы,
F – предикатная формула, имеющая вид
ДНФ.
444

445. Пример 4

Получить префиксную нормальную форму
предикатной формулы:
x yP1 x , y x yP2 x , y
x yP1 x , y x yP2 x , y
x yP1 x , y x yP2 x, y
x u yP1 x , y yP2 u , y
x u y P1 x , y P2 u , y .
x y x y
xP x xP x
xP x xP x
xP x xQ x
x y P x Q y
xP x xQ x
x P x Q x
445

446. Пример 5

Получить префиксную нормальную форму
предикатной формулы:
x yP1 x , y xP2 x y zP3 y , z
x yP1 x , y P2 x y zP3 y , z
x yP1 x , y P2 x y zP3 y , z
x yP1 x , y P2 x y zP3 y , z
x yP1 x, y P2 x y zP3 y , z
x y P1 x , y P2 x y zP3 y , z
446

447. Пример 5

x y P1 x, y P2 x y zP3 y , z
x y P1 x , y P2 x zP3 y , z
x y z P1 x, y P2 x P3 y , z .
447

448. Лекция 13

Переключательные и
комбинационные схемы

449. Схемы переключателей

Релейно-контактные схемы (или
переключательные схемы) широко
используются в технике автоматического
управления [1, 4].
449

450. Схемы переключателей

Под переключательной схемой понимают
схематическое изображение некоторого
устройства, состоящее из следующих
элементов: 1) переключателей (ключей);
2) соединяющих их проводников;
3) входов в схему и выходов из нее
(полюсов).
450

451. Схемы переключателей

Простейшая схема содержит один
переключатель Р и имеет один вход и
один выход. Переключателю Р ставится в
соответствие истинное высказывание Р,
гласящее «переключатель Р замкнут», что
соответствует ситуации: «ток идет».
451

452. Схемы переключателей

Простейшая схема содержит один
переключатель Р и имеет один вход и один
выход. Переключателю Р ставится в
соответствие истинное высказывание Р,
гласящее «переключатель Р замкнут».
Замкнутый переключатель Р приведен на
рис.1.
452

453. Схемы переключателей

Рис.1. Замкнутый переключатель Р
453

454. Схемы переключателей

Переключателю Р ставится в
соответствие истинное высказывание:
«переключатель Р разомкнут» или
«переключатель Р замкнут».
Разомкнутый переключатель Р
приведен на рис. 2.
454

455. Схемы переключателей

Рис.2. Разомкнутый переключатель Р
Таким образом, когда Р замкнут,
Р – разомкнут и наоборот.
455

456. Схемы переключателей

Если высказывание Р истинно, то
переключатель Р замкнут – схема
пропускает ток,
если высказывание Р ложно, то
переключатель Р разомкнут – схема
не пропускает ток.
456

457. Схемы переключателей

Следовательно, любому высказыванию
может быть поставлена в соответствие
переключательная схема с двумя
полюсами (двухполюсная схема).
457

458. Схемы переключателей

Конъюнкции высказываний А и В
соответствует последовательное
соединение переключателей А и В (рис.3):
Рис. 3. Последовательное соединение
переключателей А и В
458

459. Схемы переключателей

Дизъюнкции высказываний А и В
соответствует параллельное соединение
переключателей А и В (рис.4):
Рис.4. Параллельное соединение
переключателей А и В
459

460. Схемы переключателей

На рисунке 5 приведена схема, содержащая
переключатели А и А, В и В, С и С.
Рис. 5. Схема переключателей параллельнопоследовательными соединениями
460

461. Схемы переключателей

Для простоты изображения, далее на схемах
переключателей ключи (переключатели) будем
обозначать прямоугольниками, подписывая,
какого вида этот ключ: Р или Р (рис. 6).
Рис. 6. Схема переключателей с простым
обозначением ключей
461

462. Схемы переключателей

Тогда схема на рис. 5 приобретет новый, более
простой вид (см. рис. 7):
Рис. 7. Упрощенное изображение схемы
переключателей рисунка 5
462

463. Схемы переключателей

Так как любая формула логики
высказываний может быть записана в виде
ДНФ или КНФ, то ясно, что любой
формуле можно сопоставить схему
переключателей. Причем, упрощение
формулы ведет к упрощению схемы.
463

464. Схемы переключателей

Упростим схему переключателей,
приведенную на рисунке 7.
Построим булеву формулу,
соответствующую данной схеме.
464

465. Пример 1

Данной части схемы
соответствует подформула:
А В АВ
465

466. Пример 1

Данной части схемы
соответствует подформула:
А В АВ
466

467. Пример 1

Данной части схемы
соответствует подформула:
С А В С АВ
467

468. Пример 1

Данной части схемы
соответствует подформула:
С С А В С С АВ
468

469. Пример 1

Всей схеме соответствует формула:
А В С С А В
АВ С С АВ
469

470. Пример 1

Упростим полученную булеву формулу.
АВ С С АВ АВ СС САВ
АВ САВ
Построим соответствующую схему
переключателей.
470

471. Пример 1

АВ САВ
471

472. Комбинационные схемы

Комбинационные элементы – электронные
компоненты [1, 4], техническая реализация
которых может быть основана на
использовании различных физических
явлений: магнитных, явлений в
полупроводниках и т. д. Они являются
основными компонентами компьютеров.
472

473. Комбинационные схемы

Все комбинационные элементы имеют один
или более входов и один выход [1, 4].
Каждый вход может принимать одно из двух
значений (обычно низкое или высокое
напряжение).
Наиболее важные типы комбинационных
элементов приведены в таблице 1.
473

474. Комбинационные схемы

Таблица 1
Основные типы комбинационных
элементов
Элемент Конъюнкция Дизъюнкция Отрицание
х у
х у
х
Обозначения
474

475. Комбинационные схемы

Так как комбинационный элемент НЕ имеет,
в отличие от других, только 1 вход, иногда
его обозначают иначе, чем остальные
элементы (см. рис.9):
Рис. 9. Обозначение элемента НЕ
475

476. Комбинационные схемы

Различные комбинационные элементы могут
быть связаны друг с другом в цепи так, что
выход одних является входом других.
Такие цепи называются комбинационными
схемами (логическими сетями).
476

477. Комбинационные схемы

Так как штрих Шеффера и стрелка Пирса
являются функционально полными
системами, возможно описание выходов
комбинационных схем с помощью каждого
из этих элементов.
477

478. Комбинационные схемы

Штрих Шеффера (ШШ) – отрицание
конъюнкции. Тогда его логическая
схема имеет вид (см. рис.10):
Рис. 10. Логическая схема ШШ
478

479. Пример 2

Записать формулу, соответствующую
логической схеме, приведенной на рисунке 11.
Рис.11. Логическая схема
479

480. Пример 2

Данной части схемы
соответствует подформула:
xy
480

481. Пример 2

Данной части схемы
соответствует подформула:
x z
481

482. Пример 2

Всей схеме соответствует формула
f x, y, z xy x z
482

483. Пример 2

Иногда подформулы пишут на схеме.
Получается скелет формулы.
xy
xy
f ( x, y, z )
x z
483

484.

484

485.

Учебное издание
ГУТОВА
Светлана Геннадьевна
КАГАН
Елена Сергеевна
НОСЕЛЬЦЕВА
Марина Александровна
ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА
Курс лекций
485

English Русский Rules