Скачать презентацию ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнениения Tallinn University of Technology IAY Скачать презентацию ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнениения Tallinn University of Technology IAY

26d703559ee8bc91b0bea20eb7911b90.ppt

  • Количество слайдов: 84

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнениения Tallinn University of Technology IAY 0010 (Aleksander Sudnitson) ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнениения Tallinn University of Technology IAY 0010 (Aleksander Sudnitson)

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 1. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 1. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

Системы счисления Ø Система счисления (СС) это символический способ представления чисел. Ø Системы счисления Системы счисления Ø Система счисления (СС) это символический способ представления чисел. Ø Системы счисления делятся на: • непозиционные; • позиционные: § однородные; § смешанные. Ø В рамках данного упражнения основное внимание уделено однородным позиционным СС (2 -ичной, 8 -ричной, 16 -ричной). 3

Десятичная СС 4 Десятичная СС 4

Двенадцатиричная СС 5 Двенадцатиричная СС 5

Шестидесятиричная СС 6 Шестидесятиричная СС 6

Позиционные СС Ø СС называется позиционной, если значение каждой цифры зависит от её положения Позиционные СС Ø СС называется позиционной, если значение каждой цифры зависит от её положения в числе. Ø Основание СС совпадает с количеством цифр, используемых для записи чисел в этой системе счисления. Ø Если количество используемых цифр равно N, то система счисления называется N-арной. Ø Произвольное число Х в N-арной СС: ХN = an×Nn + an-1×Nn-1 +. . . + a 1×N 1 + a 0×N 0 7

Бинарная (двоичная) СС Ø Бинарная (двоичная) СС – это позиционная система счисления с основанием Бинарная (двоичная) СС Ø Бинарная (двоичная) СС – это позиционная система счисления с основанием « 2» . Ø Множество используемых цифр: {0, 1}. Ø Число 33710 в двоичной СС: 1010100012 = 1× 28 + 1× 26 + 1× 24 + 1× 20 Ø В основном применяется в вычислительной технике (наиболее простая реализация). 8

Бинарный поиск Ø Загадайте число от 0 до 15 (например 11). Ø Задав 4 Бинарный поиск Ø Загадайте число от 0 до 15 (например 11). Ø Задав 4 раза вопрос «Загаданное число больше или равно S? » можно отгадать число (и одновременно найти его представление в бинарной системе). Ø Каждый ответ на вопрос даёт значение одного разряда бинарного представления загаданного числа (начиная с самого старшего). Ø Ответ ДА соответствует « 1» , ответ НЕТ – « 0» . 9

Бинарный поиск Ø Числа S можно подбирать используя соответствующее бинарное дерево поиска. (11>8) 8 Бинарный поиск Ø Числа S можно подбирать используя соответствующее бинарное дерево поиска. (11>8) 8 4 1 6 3 (11<12) НЕТ 12 2 5 10 7 9 (11>10) ДА 14 11 ДА 13 15 (11=11) ДА Ответ: 1110 = 10112 10

Преобразование делением Ø На каждом шаге частное, полученное в результате предыдущего шага, делится на Преобразование делением Ø На каждом шаге частное, полученное в результате предыдущего шага, делится на « 2» (изначально делится само число). Ø Остаток от каждого деления даёт значение одного разряда бинарного представления преобразовываемого числа (начиная с самого младшего). Ø Деление продолжается до тех пор пока частное не будет равно « 0» . Ø Алгоритм применим для переводе в систему с любым основанием. 11

Преобразование делением Шаг 1: 11 / 2 Шаг 2: частное = 5; остаток = Преобразование делением Шаг 1: 11 / 2 Шаг 2: частное = 5; остаток = 1. 5/2 Шаг 3: частное = 2; остаток = 1. 2/2 Шаг 4: частное = 1; остаток = 0. 1/2 частное = 0; остаток = 1. Ответ: 1110 = 10112 12

8 -ричная и 16 -ричная СС Ø Восьмеричная СС – это позиционная система счисления 8 -ричная и 16 -ричная СС Ø Восьмеричная СС – это позиционная система счисления с основанием « 8» . Ø Множество используемых цифр: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}. Ø Шестнадцатиричная СС – это позиционная система счисления с основанием « 16» . Ø Множество используемых цифр: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}. Ø Число 33710 в 8 -ричной и 16 -ричной СС: 33710 = 5218 = 15116 13

Преобразование в 8 -ричную СС Ø Для преобразования из двоичной СС в 8 ричную Преобразование в 8 -ричную СС Ø Для преобразования из двоичной СС в 8 ричную необходимо объединить цифры бинарного числа в группы по три начиная с наименьшего разряда. Ø Затем каждая группа заменяется на соответствующую цифру из 8 -ричной СС. Ø Обратное преобразование происходит путём замены 8 -ричных цифр на соответствующие бинарные группы. 14

Преобразование в 8 -ричную СС Ø Переведём число 1010100012 (33710) из двоичной в 8 Преобразование в 8 -ричную СС Ø Переведём число 1010100012 (33710) из двоичной в 8 -ричную СС: 101010001 5 2 1 Ответ: 1010100012 = 5218 Ø Переведём число 5218 (33710) из 8 -ричной обратно в двоичную СС: 521 101 010 001 Ответ: 5218 = 1010100012 15

Преобразование в 16 -ричную СС Ø Для преобразования из двоичной СС в 16 -ричную Преобразование в 16 -ричную СС Ø Для преобразования из двоичной СС в 16 -ричную необходимо объединить цифры бинарного числа в группы по четыре начиная с наименьшего разряда. Ø Затем каждая группа заменяется на соответствующую цифру из 16 -ричной СС. Ø Обратное преобразование происходит путём замены 16 -ричных цифр на соответствующие бинарные группы. 16

Преобразование в 16 -ричную СС Ø Переведём число 1010100012 (33710) из двоичной в 16 Преобразование в 16 -ричную СС Ø Переведём число 1010100012 (33710) из двоичной в 16 -ричную СС: 101010001 1 5 1 Ответ: 1010100012 = 15116 Ø Переведём число 15116 (33710) из 16 -ричной обратно в двоичную СС: 1 151 0101 0001 Ответ: 15116 = 1010100012 17

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ

Элементы множеств и подмножества Ø Верны ли следующие высказывания: {2} {1, 2, 3, 4, Элементы множеств и подмножества Ø Верны ли следующие высказывания: {2} {1, 2, 3, 4, 5} Нет. Почему? {2} {1, 2, 3, 4, 5} Да. {1, 2, 3} {1, 2, 3, {1, 2, 3}} Да. = { } Нет. Почему? 19

Способы задания множеств Ø Перечислите элементы множества: {x | x – целое число и Способы задания множеств Ø Перечислите элементы множества: {x | x – целое число и х2 < 100} {-9, -8, -7, -6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Ø Подберите ограничительное свойство: {3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24} {x | x – натуральное число кратное 3, которое меньше 25} {1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, . . . } {x | x – квадрат натурального числа} 20

Мощность множеств Ø Чему равна мощность множества: |A|=4 А = {1, 2, 3, {1, Мощность множеств Ø Чему равна мощность множества: |A|=4 А = {1, 2, 3, {1, 2, 3}} A = {{ , { }}} |A|=1 A = { , { }, a, b, {a, b}, {a, b}}} |A|=6 Ø Чему равна мощность степенного множества: А = {a, b, c, d} P(A) = { , {a}, {b}, {c}, {d}, {a, b}, {a, c}, {a, d}, {b, c}, {b, d}, {c, d}, {a, b, c}, {a, b, d}, {a, c, d}, {b, c, d}, {a, b, c, d}} | P(A) | = 2 | A | = 16 21

Операции над множествами Ø Опишите результирующие множества: А = { х | x – Операции над множествами Ø Опишите результирующие множества: А = { х | x – играет в футбол } В = { х | x – играет в теннис } A В = { х | x – играет в футбол или теннис } ¬(A) = { х | x – не играет в футбол } ¬(В) = { х | x – не играет в теннис } A В = { х | x – играет только в футбол } В А = { х | x – играет только в теннис } A В = { х | x – играет только в футбол или только в теннис } 22

Операции над множествами Ø Чему равны результирующие множества: А = { 1, 2, 4, Операции над множествами Ø Чему равны результирующие множества: А = { 1, 2, 4, 6, 7 } В = { 2, 3, 4, 5, 6 } Е = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} A В = { 2, 4, 6 } A В = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 } ¬(A) = { 0, 3, 5, 8, 9 } ¬(В) = { 0, 1, 7, 8, 9 } A В = { 1, 7 } В А = { 3, 5 } A В = { 1, 3, 5, 7 } 23

Диаграммы Венна Ø Докажите закон дистрибутивности используя диаграммы Венна: А (В С) = (А Диаграммы Венна Ø Докажите закон дистрибутивности используя диаграммы Венна: А (В С) = (А В) (А С) 24

Диаграммы Венна Ø Представьте в виде формулы выделенное множество: ((А В) (А С) (B Диаграммы Венна Ø Представьте в виде формулы выделенное множество: ((А В) (А С) (B С)) 25

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ

Диаграммы Венна Ø Представьте в виде формулы выделенное множество: ((А В)  С) (А Диаграммы Венна Ø Представьте в виде формулы выделенное множество: ((А В) С) (А В С) 27

Правила элиминации ØAB=А B ØA B = [ (A  B ) (B Правила элиминации ØAB=А B ØA B = [ (A B ) (B A ) ] = = (А B ) (B A ) = = (A B ) 28

Применение правил элиминации Ø Примените правила элиминации к формуле: ((А В)  С) (А Применение правил элиминации Ø Примените правила элиминации к формуле: ((А В) С) (А В С) = [= ((А В) (В А)) С) (А В С) =] = (((А B) (B A)) C) (А В С) Ø В любой формуле можно избавиться от операций вычитания и перейти к формуле, в которой встречаются только дополнение, объединение и пересечение (перейти в базис {пересечение, объединение, дополнение}). 29

Совершенная нормальная форма = (((А B) (B A)) C) (А В С) = = Совершенная нормальная форма = (((А B) (B A)) C) (А В С) = = (А В С) = Здесь мы применили закон дистрибутивности относительно . 30

Законы Де Моргана A B = A B A B = A B А Законы Де Моргана A B = A B A B = A B А 1 А 2 … Аn = А 1 А 2 … Аn ( i I Ai ) = i I ( Ai ) I = { 1, 2, . . . , n} дополнение к пересечению множеств равно объединению их дополнений; n дополнение к объединению множеств равно пересечению их дополнений; n 31

Переход к формуле в базисе { , ¬ } ØПримените закон Де Моргана и Переход к формуле в базисе { , ¬ } ØПримените закон Де Моргана и закон двойного дополнения для перехода в базис {пересечение, дополнение}: (А В С) (А В С) = = (А В С) 32

Переход к формуле в базисе { , ¬ } ØПримените закон Де Моргана и Переход к формуле в базисе { , ¬ } ØПримените закон Де Моргана и закон двойного дополнения для перехода в базис {объединение, дополнение}: (А В С) (А В С) = = (А В С) (А В С) 33

Вывод Ø В любой формуле можно перейти из базиса {пересечение, объединение, дополнение} к базису Вывод Ø В любой формуле можно перейти из базиса {пересечение, объединение, дополнение} к базису {пересечение, дополнение} или {объединение, дополнение}. 34

Диаграмма Венна для 3 множеств (1) (2) (3) (4) A B C (5) (6) Диаграмма Венна для 3 множеств (1) (2) (3) (4) A B C (5) (6) (7) (8) Е A B C 35

Построение формулы см. слайд № 5 (соверш. норм. форма) (1) (7) (3) (А В Построение формулы см. слайд № 5 (соверш. норм. форма) (1) (7) (3) (А В С) (1) (3) (7) 36

Представление множества (А В С) ( В С) = = (А В С) 37 Представление множества (А В С) ( В С) = = (А В С) 37

Алгебраические преобразования ØПокажем равносильность этих формул (см. предыдущий слайд) путём алгебраических преобразований: (А В Алгебраические преобразования ØПокажем равносильность этих формул (см. предыдущий слайд) путём алгебраических преобразований: (А В С) = = (А В С) ((А A ) (В С)) = = (А В С) (( E (В С)) = =(А В С) ( В С) 38

Виды соответствий Даны соответствия P A B и Q B C. A = { Виды соответствий Даны соответствия P A B и Q B C. A = { a, b, c } B = { d, f } C = { x, y, z } P = { < a, d >, < a, f >, < b, d >, < c, f >} Q = { < d, x >, < f, z > } Является ли соответствие P всюду определённым функцией Является ли соответствие Q функцией сюръекцией инъекцией биекцией ? ? ? 39

Виды соответствий a P d b c f Является ли соответствие P всюду определённым Виды соответствий a P d b c f Является ли соответствие P всюду определённым - ДА Является ли соответствие P функцией ------- НЕТ 40

Виды соответствий Q d x y f z Является ли соответствие Q функцией --- Виды соответствий Q d x y f z Является ли соответствие Q функцией --- ДА сюръекцией- НЕТ инъекцией --- ДА биекцией ---- НЕТ 41

Композиция соответствий Найти композицию соответствий P и Q. R = P ◦ Q R Композиция соответствий Найти композицию соответствий P и Q. R = P ◦ Q R a d b c x y f z R = { < a, x >, < b, x >, < a, z >, < c, z >} 42

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ

Сведение к ограниченному базису Представить формулу ( B C ) (C A B ) Сведение к ограниченному базису Представить формулу ( B C ) (C A B ) в базисе {пересечение, объединение, дополнение} Решение: ( B C ) (C A B ) = = ( (B C) ) (C A B ) 44

Сведение к нормальной форме ( (B C) ) (C A B ) = = Сведение к нормальной форме ( (B C) ) (C A B ) = = ( (B C) ) (C A B) = закон Де. Моргана = ( (B C C) ) ( (B C A) ) ( (B C B) ) = дистрибу- тивность = (B C ) ( (B C A) ) (B C ) = идемпотентность, противоречие = ( (B C ) (A B C) ) поглощение 45

Переход к базису { , ¬ } и { , ¬ } Применяем законы Переход к базису { , ¬ } и { , ¬ } Применяем законы Де Моргана и закон двойного дополнения (B C ) (A B C) = = (B C ) (A B C) = = (B C ) (A B C) 46

Диаграмма Венна ( (B C ) (A B C) ) B A C 47 Диаграмма Венна ( (B C ) (A B C) ) B A C 47

Транзитивное замыкание a d b e c a b f d c e f Транзитивное замыкание a d b e c a b f d c e f 48

Отношение эквивалентности Дано разбиение: {{ a, b }, { c, d, e }, { Отношение эквивалентности Дано разбиение: {{ a, b }, { c, d, e }, { f }} Задать соответствующее отношение эквивалентности. a b d c e f { < a, b >, < b, a >, < a, a >, < b, b >, < c, d >, < d, c >, < c, e >, < e, c >, < d, e >, < e, d >, < c, c >, < d, d >, < e, e >, < f, f > } 49

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 5. БУЛЕВЫ ФУНКЦИИ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 5. БУЛЕВЫ ФУНКЦИИ

Сведение к ограниченному базису От исходной формулы ( ( x 1 x 2 ) Сведение к ограниченному базису От исходной формулы ( ( x 1 x 2 ) x 1 x 3 ) x 2 перейти к формуле в булевском базисе (конъюнкция, дизъюнкция и отрицание) ( ( x 1 x 2 ) x 1 x 3 ) x 2 = = ( x 1 x 2 ) x 2 = = ( ( x 1 x 2 ) = = x 1 x 2 x 2 = = x 1 x 2 51

Проверка через таблицы x 1 x 2 x 3 ( ( x 1 x Проверка через таблицы x 1 x 2 x 3 ( ( x 1 x 2 ) x 1 x 3 ) x 2 0 0 1 1 0 1 0 1 ( ( 0 0 ) 0&0 ) 0 = 1 ( ( 0 0 ) 0&1 ) 0 = 1 ( ( 0 1 ) 0&0 ) 1 = 0 ( ( 0 1 ) 0&1 ) 1 = 0 ( ( 1 0 ) 1&0 ) 0 = 0 ( ( 1 0 ) 1&1 ) 0 = 0 ( ( 1 1 ) 1&0 ) 1 = 0 ( ( 1 1 ) 1&1 ) 1 = 0 x 1 x 2 1 1 0 0 0 52

Переход к Карте Карно Представить рассматриваемую функцию в x 1 x 2 форме карт Переход к Карте Карно Представить рассматриваемую функцию в x 1 x 2 форме карт карно x 3 0 00 10 11 01 m 000 m 110 m 010 1 m 001 m 111 m 011 x 3 x 1 1 0 0 0 x 2 x 3 x 2 53

Сведение к нормальной форме закон ( (x 2 & x 3) ) & (x Сведение к нормальной форме закон ( (x 2 & x 3) ) & (x 3 & x 1 & x 2 )= Де. Моргана = ( (x 2 & x 3) ) &(x 3 x 1 x 2)= = ( (x 2 & x 3) ) ( (x 2 & x 3 & x 1) ) ( (x 2 & x 3 & x 2) ) = дистрибу- тивность = (x 2 & x 3 ) ( (x 2 & x 3 & x 1) ) (x 2 & x 3 ) = идемпотентность, противоречие = ( (x 2 & x 3 ) (x 1 & x 2 & x 3) ) поглощение 54

Переход к базису { &, ¬ } и { , ¬ } Применяем законы Переход к базису { &, ¬ } и { , ¬ } Применяем законы Де Моргана и закон двойного отрицания (x 2 & x 3 ) (x 1 & x 2 & x 3) = = (x 2 & x 3 ) (x 1 & x 2 & x 3) = = (x 2 & x 3 ) & (x 1 & x 2 & x 3) (x 2 & x 3 ) (x 1 & x 2 & x 3) = = (x 2 x 3 ) (x 1 x 2 x 3) 55

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 6. БУЛЕВЫ ФУНКЦИИ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 6. БУЛЕВЫ ФУНКЦИИ

Переход к Совершенной КНФ От исходной формулы ( x 2 x 1 x 3 Переход к Совершенной КНФ От исходной формулы ( x 2 x 1 x 3 ) путём алгебраических преобразований перейти к СКНФ x 1 x 3 x 2 = = ( x 1 x 2 ) ( x 3 x 2 ) = = ( x 1 x 2 0) ( x 3 x 2 ) = = ( ( x 1 x 2 ) ( x 3 )) ( x 3 x 2 ) = = ( x 1 x 2 x 3 ) ( x 2 x 3 ) = = ( x 1 x 2 x 3 ) (( x 1 ) ( x 2 x 3 ) ) = = ( x 1 x 2 x 3 ) ( x 1 x 2 x 3 ) 57

Переход к Совершенной КНФ От исходной формулы ( x 1 ~x 2 ) x Переход к Совершенной КНФ От исходной формулы ( x 1 ~x 2 ) x 3 путём алгебраических преобразований перейти к СКНФ ( x 1 x 2 ) x 3 = = ( x 1 x 3 ) ( x 2 x 3 ) = = ( x 1 x 2 x 3 ) См. предыдущий слайд 58

Сведение к ограниченному базису Функция задана формулой ( x 1 x 2 ) x Сведение к ограниченному базису Функция задана формулой ( x 1 x 2 ) x 3 , в которой используются операции { , , }. Перейти к формуле в базисе «штрих Шеффера» { }. ( x 1 x 2 ) x 3 = = ( ( x 1 x 2 ) ) x 3 = = ( ( x 1 x 2) ( x 1 x 2 ) ) x 3 = = (x 1 ( x 2 )) (( x 1 ) x 2 ) x 3 = = ( x 1 ( x 2 )) (( x 1 ) x 2 ) x 3 = = ( ( x 1 ( x 2 ) ) ( ( x 1 ) x 2 ) ) x 3 Дом. задание: представить заданную функцию формулой в базисе «стрелка Пирса» { }. 59

Сведение к ограниченному базису Представить функцию x 1 x 2 формулой в базисе «стрелка Сведение к ограниченному базису Представить функцию x 1 x 2 формулой в базисе «стрелка Пирса» { }. Решение 1. x 1 x 2 = = x 1 x 2 = = ( x 1 x 2 ) = = ( x 1 x 2 ) = = =(( ( x 1 ) ( x 2 ) ) ( x 1 x 2 ) ) = = (( ( x 1 ) ( x 2 ) ) ( x 1 x 2 ) ) 60

Сведение к ограниченному базису Представить функцию x 1 x 2 формулой в базисе «стрелка Сведение к ограниченному базису Представить функцию x 1 x 2 формулой в базисе «стрелка Пирса» { }. Решение 2. x 1 x 2 = = ( x 1 x 2 ) ( x 1 x 2 ) = =( ( x 1 x 2) ( x 1 x 2) ) = = ( ( x 1 x 2) ( x 1 x 2 ) ) = = (( x 1) x 2 ) ( (x 1 ( x 2 )) 61

Построение логической схемы Реализовать данную функцию в базисе 2 х входного элемента И-НЕ. 62 Построение логической схемы Реализовать данную функцию в базисе 2 х входного элемента И-НЕ. 62

Построение логической схемы x 1 & & x 2 x 3 & y & Построение логической схемы x 1 & & x 2 x 3 & y & x 4 63

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 7. МИНИМИЗАЦИЯ БУЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 7. МИНИМИЗАЦИЯ БУЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ

Минимальная КНФ Функция задана посредством ДНФ. Найти МКНФ. x 1 x 3 x 1 Минимальная КНФ Функция задана посредством ДНФ. Найти МКНФ. x 1 x 3 x 1 x 2 x 1’ x 2 x 3’ Путь решения: перейти к карте Карно (импликанту-эл. конъюнкции из ДНФ соответствует единичный блок на Карте Карно) и найти МКНФ методом карт Карно. 65

Решение x 1 0 1 1 0 x 1 x 3 x 1 x Решение x 1 0 1 1 0 x 1 x 3 x 1 x 2 x 1’ x 2 x 3’ 0 1 1 0 x 3 x 2 x 1 0 0 1 1 0 x 3 ( x 2 x 3 ) ( x 1 x 3’ ) x 2 66

Все простые имликанты и сокр. ДНФ Найти (перечислить) все простые импликанты. Построить сокращённую ДНФ Все простые имликанты и сокр. ДНФ Найти (перечислить) все простые импликанты. Построить сокращённую ДНФ и минимальную ДНФ. x 1 x x ’, x x 2 0 0 1 1 0 3 1 2 1 3 Сокращённая ДНФ: x 3 x 2 x 3’ x 1 x 2 x 1 x 3 x 2 x 1 0 0 1 1 0 Минимальная ДНФ: 1 x 2 x 3’ x 1 x 3 67

Метод Мак. Класки -МДНФ Булева функция (частичная) задана картой Карно. x 1 - 0 Метод Мак. Класки -МДНФ Булева функция (частичная) задана картой Карно. x 1 - 0 1 0 0 1 - 1 x 3 x 2 Найти все простые импликанты, доопределяя данную частичную булеву функцию и применяя метод Мак. Класки. Указать их на карте Карно отметив соответствующие «единичные» блоки. Представить МДНФ. 68

Решение x 1 - 0 1 0 0 1 - 1 x 3 x Решение x 1 - 0 1 0 0 1 - 1 x 3 x 2 1 1 0 0 М 1 = 1 0 1 М 0 = 0 1 0 0 1 М- = 0 0 0 1 1 1 69

Решение - МДНФ 1 1 0 М 1 = 1 0 1 1 М- Решение - МДНФ 1 1 0 М 1 = 1 0 1 1 М- = 0 0 0 1 1 1 Склеивание 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 - 1 1 Поглощение 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 МДНФ: x 1 x 2 x 1 x 3 x 2 x 3 x 1 - 0 1 0 0 1 - 1 x 3 x 2 1 1 1 - 1 1 x 2 x 1 x 3 x 2 x 3 исключается при решении задачи покрытия 70

Метод Мак. Класки -МКНФ Булева функция (частичная) задана картой Карно. x 1 - 0 Метод Мак. Класки -МКНФ Булева функция (частичная) задана картой Карно. x 1 - 0 1 0 0 1 - 1 x 3 x 2 Найти все простые имплиценты доопределяя данную частичную булеву функцию и применяя метод Мак. Класки. Указать их на карте Карно отметив соответствующие «нулевые» блоки. Представить МКНФ. 71

Решение - МКНФ М 0 = 1 0 0 0 1 М- = 0 Решение - МКНФ М 0 = 1 0 0 0 1 М- = 0 0 0 1 1 1 Склеивание 1 0 0 - 0 0 0 1 1 1 Поглощение 1 0 0 0 1 1 1 x 1 - 0 1 0 0 1 - 1 x 3 x 2 - 0 0 0 - МКНФ: (x 2 x 3 ) (x 1 x 3 ) ( x 1 x 2 ) x 2 x 3 x 1 x 2 исключается при решении задачи покрытия 72

Метод Мак. Класки -МДНФ Булева функция (частичная) задана картой Карно. x 1 0 0 Метод Мак. Класки -МДНФ Булева функция (частичная) задана картой Карно. x 1 0 0 - 0 1 - 1 Найти МДНФ. 0 x 3 x 2 М 1 = 1 0 1 1 М- = 1 1 0 1 1 1 73

Решение - МДНФ Склеивание и поглощение 1 0 1 1 - 1 1 0 Решение - МДНФ Склеивание и поглощение 1 0 1 1 - 1 1 0 1 1 1 Задача покрытия x 1 0 0 - 0 0 1 - 1 x 3 x 2 1 0 1 1 1 - 1 1 0 - 1 1 0 1 1 1 - 0 0 МДНФ: x 1 x 3 x 2 x 3 74

Сокращённая и минимальная ДНФ Функция задана картой Карно. x 1 0 1 x 4 Сокращённая и минимальная ДНФ Функция задана картой Карно. x 1 0 1 x 4 1 1 1 0 0 1 1 x 3 x 2 Найти сокращённую ДНФ и минимальную (кратчайшую) ДНФ 75

Сокращённая и минимальная ДНФ Функция задана картой Карно. Найти сокращённую ДНФ и минимальную (кратчайшую) Сокращённая и минимальная ДНФ Функция задана картой Карно. Найти сокращённую ДНФ и минимальную (кратчайшую) ДНФ x 1 0 1 0 0 1 1 0 1 x 4 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 x 2 x 3 x 4 x 3 x 2 Сокр. ДНФ: x 1 x 4’ x 2 x 4 x 1 x 2’ x 3 x 4’ x 1’ x 2’ x 3 x 1’ x 3 x 4 Мин. ДНФ: x 1 x 4’ x 2 x 4 x 1’ x 2’ x 3 76

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 8. АЛГЕБРА ЖЕГАЛКИНА (REED-MULLER) ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Упражнение 8. АЛГЕБРА ЖЕГАЛКИНА (REED-MULLER)

Алгебра Жегалкина (Reed-Muller) Ø Алгебра логических функций в базисе {&, } называется алгеброй Жегалкина. Алгебра Жегалкина (Reed-Muller) Ø Алгебра логических функций в базисе {&, } называется алгеброй Жегалкина. Ø Свойства операций & и : x y=y x (операция , как и &, коммутативна) x (y z) = x y x z (дистрибутивность & относительно ) x x=0 (чётное число термов может быть сокращено) x 0=x (нуль-термы могут быть сокращены) Ø Справедливо: x y=xy xy x=x 1 x y = x & y = (x 1) (y 1) 1 = x y x y 78

Полином Жегалкина (Reed-Muller) Ø Полином Жегалкина определяется как полином по модулю два попарно различных Полином Жегалкина (Reed-Muller) Ø Полином Жегалкина определяется как полином по модулю два попарно различных положительных элементарных конъюнкций (содержат только положительные литералы). P(x 1…xn) = a 0 a 1 x 1 a 2 x 2 . . . anxn a 12 x 1 x 2 a 13 x 1 x 3 . . . a 1. . . nx 1. . . xn, где a 0…a 1…n {0, 1} Ø Примеры полиномов Жегалкина: P=A B C P = A BC AD P = 1 A ABD 79

Полином Жегалкина (Reed-Muller) Ø Число попарно различных конъюнкций равно 2 n, где n - Полином Жегалкина (Reed-Muller) Ø Число попарно различных конъюнкций равно 2 n, где n - общее число переменных. Отсюда число различных полиномов Жегалкина от n 2 n переменных равно 2. Ø Число различных полиномов Жегалкина совпадает с числом всех булевых функций от n переменных. Ø В виде полинома Жегалкина можно представить любую булеву функцию, причём для каждой функции соответствующий полином будет являться единственным (каноническое представление). 80

Преобразование в полином Жегалкина Ø Когда исходная формула – СДНФ, мы можем выполнить эквивалентное Преобразование в полином Жегалкина Ø Когда исходная формула – СДНФ, мы можем выполнить эквивалентное преобразование, заменив знаки дизъюнкции на знаки . Ø СДНФ состоит из взаимно ортогональных конъюнкций: при любом наборе аргументов значение ИСТИНА может принять не более чем одна из них. Ø Если x&y=0, то говорят, что x ортогональна y. Ø В общем случае: x y=xy x y Ø Но если x ортогональна y, то: x y = x y x y = 0 x y = x y 81

Преобразование в полином Жегалкина Ø Функция задана посредством ДНФ: x 1 x 2 Ø Преобразование в полином Жегалкина Ø Функция задана посредством ДНФ: x 1 x 2 Ø Если принять, что f = x 1 x 2 и g = x 1 x 2, то здесь мы имеем как раз тот самый случай, когда f&g=0 (действительно, x 1 x 2 = 0 ). x 1 x 2 = = x 1 x 2 (x 1 1) (x 2 1) = = x 1 x 2 x 1 1 1 = = 0 x 1 x 2 1 = = x 1 x 2 1 82

Преобразование в полином Жегалкина Ø Полином Жегалкина можно строить из произвольной ДНФ, если предварительно Преобразование в полином Жегалкина Ø Полином Жегалкина можно строить из произвольной ДНФ, если предварительно ортоганализировать её. Ø Функция задана посредством ДНФ: x 2 x 3 x 1 x 2 Ø Наиболее просто провести ортоганализацию с использованием карт Карно. x 1 0 0 1 1 0 0 0 1 x 2 0 x 3 0 1 1 0 0 0 1 x 3 x 2 83

Преобразование в полином Жегалкина Ø Выразить представленную картой функцию полиномом Жегалкина. Карно x 1 Преобразование в полином Жегалкина Ø Выразить представленную картой функцию полиномом Жегалкина. Карно x 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 x 3 1 0 0 0 x 4 x 2 x 1 x 4 x 1 x 2 x 4 x 2 x 3 x 4 = = x 1 x 2 x 4 x 2 x 3 x 4 x 1 x 4 x 2 x 4 x 1 x 2 x 1 x 2 84