Diskretka
.pdfDiskretka.doc20.02.2014 |
91 |
|
ордеревомскорн |
ем v (этоордеревоназываетсяподдеревомузла |
v); |
6еслив. свободномдеревелюбуювершинуназначитькорнем,тополучитсяордерево. |
|
рис. 9Ориентированные.5. деревьясузлами3
Доказательство |
Рис. 9Ориентированные.6. деревьясузлами4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1Кажд. дугая |
|
входиткакой |
|
-тоузел.Изп.определ2 9име.2:.1ениям |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
v V \ { r } d+(r) = 1,где |
r — корень.Следовательно, |
|
q =р |
- 1. |
|
|
|
|
|
||||||
2Пусть. |
G — ордерево,граф |
|
G' получениз |
G забываниориентациирёб, м |
|
|
r — |
||||||||
корень. Тогда v1, |
v2 V (v1, |
r) G' & (r, v2) G', следовательно, |
v1, v2 |
(v1, |
v2) играф |
||||||||||
G' связен.Такимобразом,учип. т4еоремыывая. 9.1.2, |
|
|
|
|
|
G'-дерево. |
|
|
|
|
|
||||
3Следует. изпункта2. |
|
|
G существовалидвапутииз |
|
|
и в v, тов |
G' имелсябыцикл. |
|
|
||||||
4От.противного.Еслибы |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
5Пусть. |
Gv — правильныйподг,оп афеделямножузлов,достиемыйством |
|
|
|
|
|
|
|
жимыхз |
|
|||||
v. Тогда |
dGv+(v) = 0,иначеузел |
|
v былдостижимизкакого |
|
|
|
-тоузла |
v' Gv,и,таким |
|
||||||
образом,в |
Gv, азначит,в |
G имелсябыконтур,чтопротиворпункту3Далее.имеем: чит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
v' Gv\ {v} d+(v') = 1,таккак |
Gv G. Всеузлы |
Gv |
достижимыиз |
|
v построению.По |
|
|||||||||
опреде9по.2.л,что1ениюучаем |
|
|
|
Gv — ордерево. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6Пусть. вершина |
|
r назначенакорнемидугипоследоваориенот«тированыельно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
корня»обходомвглубину. |
|
|
Тогда d+(r) = 0 построению; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
v V - d+(v) = 1,таккаквходящаядугапоявляетсяприпервомпосещузла;всении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
узлыдостижимыизкорня,таккакобходвглубинупосещаетвсершисвязграфа.ныого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Такимобраз |
ом,поопреде9по.2.лордерево1ениюучаем. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Следствие. Алгпоискавритмглубинустроитордекорнемвначаевоуз. льноме |
|
р ориентированныхдеревьев.Таким |
|
|
|
||||||||||
Кажсвобдеревпределяетое неболее |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
образом,общеечислоразличныхордеревьевс |
|
|
|
р узламинеболеечемв |
|
|
р разпревосходит |
|
|||||||
общеечислоразличныхсвободныхдеревьев |
|
|
|
р вершинами |
|
|
|
|
|
|
|||||
Концеваявершинаордереназывается |
|
|
листом. |
Путьизкорназываетсявлист |
|
|
|
||||||||
ветвью. |
Длинанаибветвиордерельшназываетсяй |
|
|
|
|
высотой.Уровень |
|
узлаордерева |
— |
||||||
этор асстоткодояузларн.Самиекореньяимеетуровень |
|
|
|
|
|
0.Узлыоднуровнябразуютго |
|
|
|
||||||
ярус дерева. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Наср«аститяду»примеещельг«ннойяе»алогическаятерминологияся.Узлы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
достижимыеизузла |
|
и,называются |
потомками узла и (потомкиобразуют |
|
оддерево)Если. |
|
|||||||||
деревесущдугаствует |
|
|
(u, v),тоузел |
и называется отцом (или |
родителем)узла |
v, аузел |
v |
||||||||
называется сыном узла и.Сыновьяодногоузланазываются |
|
|
братьями. |
|
|
|
|
Эквивалентноеопределениеордерева |
|
Ордерево Т — эток нечноемножествоузлов,та |
кихчто: |
Diskretka.doc20.02.2014 |
|
92 |
|
|
|
|
1Имеется. одинузел |
|
r, назывкорнемданногоемыйдерева. |
|
|
k;попарнонепересекающихся |
|
2Оста. узисл(ьныеключаяорень)содержатсяв |
|
|
||||
множествах Т1,... , Тk каждоеизкоторыхявляетсяордеревом |
|
|
(k ≥0) . |
|
||
Нетрудновидеть,чт |
|
Т≡{{ |
r},Т 1,..Т., |
k}. |
|
|
|
оданноеопределениеэквивалентноопределению9Достаточно.2.1. |
r |
|
Т1,..Т., k идалее |
||
построитьорг, дугиовоафотзадузлаяанного |
|
|
ккорнямподдеревьев |
|||
повторяярекурсивноэтотпроцессдлякаждогоизподдеревьев. |
|
|
|
|
|
|
Упорядоченныедеревья |
|
|
|
|
|
|
Множества Т1,.. .Т, |
k вэквивалентномопределенииордереваявляютсяподдеревьями. |
|
|
|||
Еслиотносительныйпоряддеревьевок |
|
Т1,..Т., |
k фиксирован,тоордереназываетсяо |
|
||
|
|
упорядоченным. |
|
|||
Ориентиупоориеядочовантированныеревьятенсивноые |
Пример |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
используютсяв |
программировании. |
|
|
|
|
|
1Выражения. .Дляпредставлвыражзыковпрогрени,какяйправиломмирования, |
|
|
|
|
||
испориентильзуютсяпорядеревьяованные.доченнпредставлПримерыражения |
|
|
|
|
||
а+ b*с покнарис. зан9. .7, |
|
|
|
|
|
|
2Для.представленияблочнойструктурыпрогр |
|
|
|
аммыисвязаннойнейструктуры |
|
|
областейопреидентлениячастофикаторовсприентированноельзуд можетрево(тся |
|
|
|
|
||
быть,неупорядоч,таккакпорядокопределпеременныхнноевблокевбольшинствения |
|
|
|
|
||
языковпрограммированиясчитаетсянесущественным)На. |
|
|
рис. бпоказана9.7структура. |
|||
областейопреидентификаторовления |
|
а, b,с, |
d |
е, причемдляотображенияиерархии |
|
|
исповложенньзовобласти. ые |
|
|
|
|
|
|
3Для.представленияиерархическойструктурывложенностиэлемеданных/илитов |
|
|
|
|
||
операторовуправлениячастоис |
|
пользуетехникаотс,показаннаясяуповрис. 9. .7, |
|
|
|
|
4Структура. вложеннкаталифайловсовременныхстигоперационныхсистемах |
|
|
|
|
||
являетсяупорядочориентировадеревомнным.Обычдляизображениятакихоным |
|
|
|
|
||
деревьевприменяетсяспособ,показанныйна |
|
рис. 9г. .7, |
|
|
(а( b)(с d)(е)))) |
|
5Различные. уравновешенные« скобочныеструктуры»например( |
|
|
|
|||
являютсяориентиупордеревьяованныядоченными. |
|
|
|
|
|
Рис. 9Приме.7изображения. деревьевыпрограммировании
Отступление |
|
Тотфакт,чтоб льшинствосистемуправле |
нияфайламииспользуетор ентированные |
деревья,отражаетсядажетерминологии |
— «корневойкаталогдиска». |
Замечание |
|
Общепринятойпрактикойизображениидеревьявлясоглашениевт,сяомчто |
|
коренаходиьвстерхудрелкисяориентированыгсве |
рхувниз,поэстрелкиому |
можнонеизображ.Таким,диаграммызомтьсвободных,ориентированных |
|
упорядоченныхдеревьевоказываюграфическинеот,требуетсяличимыми |
|
дополнительнуказание,деревокакогоклассаиз набраженодиаграмме.Вбольшинств |
е |
случаевэтоясноизконтекста. |
|
Diskretka.doc20.02.2014 |
93 |
|
|
|
|
Пример |
|
Нарис. приведены9.8триаграммыдере,которшневьвыглядятне различными. |
|
||
Обозначимдеревослева |
|
— (1),вцентре — (2) исправа — (3).Какупорядоченныедеревья, |
|
онивсеразличны: |
(1)≠(2) |
, (2)≠(3) , (3) ≠(1). Какориентированныедеревья |
(1) = (2),но (2) |
≠(3) .Каксвобдеревьяони, дныевсеизоморфны: |
(1) = (2) = (3). |
|
|
|
Рис. 9Диаг.8.деревьеваммы |
Бинадеревьяные |
|
|
Бинарное (или двоичное) |
дерево - этоконечноемножествоузл,которлибопусто, е |
|
либосостоитизкорнепересекающихсядвух бинаде евьевных |
- левогоиправого. |
|
Бинадеревоное |
неявляется упорядоченнымордеревом. |
Пример
Нарис. при9.д9вдиаграммыеденыдеревьев,которыеизоморфныкак упорядоченные,ориентирсвобде ванныедные ревья,нонеизоморфныкакбинарные деревья.
Рис. 9Дваразл.9. бинадечныхрныхева
Замечание. |
Понятиедвоичногодопускаетобобщение, |
т-ичнымдеревом |
называется |
конечноемножествоузлов,которлибпусто,либосостоитеизкорня |
|
т |
|
непересекающихся т-ичныхдеревьев,имеющихномера |
1,... ,т . Большаячастьутверждений |
т- |
|
иалгоритмовдлядвоичндеревьсравнительноможбытьхе легкораспространена |
|
||
ичныедерссоответствующими( вьямодифик)Поэтому. ,хотянпрактикециями |
|
т-ичные |
|
деревьяииспол |
ьзуютсядостатчасто,здесьмычнограничиваемсятолькодвоичными |
|
|
деревьями. |
|
|
|
Предеревкомпьютереевстав л ние |
|
|
|
Обсужпредеревьставлниюможнопревнийдпослаточносвтеже тьи |
|
|
|
рассужд,чтобылипреобсуждениюдпосланынияпредставленийграфовсм.( 7 |
|
.4)Кроме. |
|
того,следуетпод,чзадачаеркнутьопре стаеревьпрограммелвстречаетсяния |
|
|
|
горча,чемщездоадачапредставленияграфовобщеговида,потомуметодыеерешения |
|
|
|
оказыещебольшееваютлияниенапрактикупрограммирования. |
|
|
|
Представление свободныхдеревьев |
|
|
|
Дляпредстаеревьможноисплетениявжельзоватьприёмы,чтодля |
|
|
|
представленияграфовобщеговида |
— матрсмежностиинциденцийцы,спискисмежности |
|
|
идругие.Ноиспользуяособенныесвойстдереможноваьев |
предложитьсущественнобо |
лее |
|
эффективныепредставления. |
|
|
Diskretka.doc20.02.2014 |
|
|
|
|
|
|
94 |
|
|
|
|
|||
Рассмотримследующеепредставлсвободногодер,известноекваниек |
|
|
|
|
|
|
кодПрюфера . |
|||||||
Допустим,чтовершиныдерева |
|
|
|
|
T(V,Е) |
|
занумерованычисламиизинтервала |
|
1р... |
Построим |
||||
последовательность А: аrrау [1р.. - 1]о f 1р.. всоответств иисалгоритмом9.1 |
|
|
||||||||||||
Алгоритм9.1. |
ПостроениякодаПрюфдеревасвободного |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Вход: |
Дерево T(V,Е) влюбомпредставленчислами,вершизанумерованыдерева |
|
|
1 |
||||||||||
...р произвольнымобразом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выход: |
Массив А: аrrау [1р... - 1]о |
f 1р.. |
— кодПрюфдеревара |
Т. |
|
|
||||||||
for: from 1 to p – 1 do |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
v:т= in {k V|d(k) = 1} {выбираемвершину |
|
v — висячуювершна меньшимну |
|
|
||||||||||
номером} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А[ i]: =Г( |
v) {заносимвкодномерединственсмежнойвершины, |
|
|
|
|
v} |
|
|
||||||
V: = V — v { удаляемвершину |
v издерева} |
|
|
|
|
|
||||||||
end for |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Попостроенкодуможвосстановитьисходноемудеревопомощьюалгоритма |
|
|
|
|
|
|
9.2. |
|||||||
Алгоритм9.2. |
РаспаковкикодаПрюфдеревасвободного |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Вход: |
Массив А: |
Массив А: аrrау [1р... - 1]о |
f 1р.. — кодПрюфдеревара |
Т. |
|
|||||||||
Выход: |
Дерево T(V,Е) |
, заданноемнож ством |
|
рёбер Е, вершизанумерованыдерева |
|
|||||||||
числами 1р... . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Е: = |
{вначалемножерёберпуство |
|
|
|
|
} |
|
|
|
|
||||
В:=р1... {множенеисптвовершинльзовамеров} |
ных |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
for: from 1 to p – 1 do |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
v:т= |
|
in {k В| |
j ≥ i k ≠ A[j]} {выбираемвершину |
v; — неиспользованнуювершину |
||||||||||
снаименьшимномером,которыйневстречосткодаПрюфераетсятке} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Е:Е=+ ( |
|
v,А[ |
i]) {добавляемребро |
|
(v, А[ i]) } |
|
|
|
||||||
В:=В |
|
- v { удаляемвершину |
|
v изсписканеиспользованных} |
|
|
|
|||||||
end for |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Обоснование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
КодПрюферадействительноявляпр дставлсвободядер.Чтобыенваогоием |
|
Т' |
— дерево,построенноеалгоритмом |
|
9.2 покоду А, |
|||||||||
убедитьсявэтом,покажем,чтоесли |
|
|
|
|
|
|
||||||||
котпорыйалгстроритмомен |
|
|
9.1 подереву |
Т,то |
Т' изоморфно Т, Т'Т~ . |
|
|
|||||||
Дляэ тогоустановимотображение |
|
|
f:р→11р.... |
междуномвевдеревьяхшинами |
|
Т, |
||||||||
и Т' порядкувыборавершиналгоритмах:есливершина |
|
|
|
|
|
|
v выбрана |
|
i-омшаге |
|||||
алгоритма9товершина.1, |
|
|
|
f(v) выбрана |
i-омшагеалгоритма |
9.2.Заметим,что |
|
Dom f = |
||||||
1р.. ,поск |
олькувисячиевершиныестьлюбомдереудалениевисячвершиный |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
оставлядерево.Далее,вомт |
|
|
|
|
Iт f =р 1.. ,посколькуна |
i-омшагеалгоритма |
9.2 |
|||||||
использовано i - 1 чизсло |
р чиостаётсясел |
|
р – i + 1 чисел,авхвостекодаПрюферазанято |
|
|
|||||||||
неболее |
р – |
i чисел.Болеетого, |
|
v |
f(v) |
= v. |
Дейст,номеравершинительно,которые |
|
|
|||||
являютсявисячимиисходномдер,непоявляютсявекодеПрюферакроме( ,можетбыть, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
однойвисячейвершнаиномеромбны),альшимномеравершин,которые |
|
|
|
|
|
|
|
|
еявляются |
|||||
висячими,обязатепояв.Поскльнояютсяпривыборепервойлькувершины |
|
|
|
|
|
|
|
v валгоритме |
||||||
9.1 всершинысме ьшимиомявляютсяерами,сячимиихномерабудет |
|
|
|
|
|
|
|
|
9.2. |
|||||
присутствкоде,значит,немобытьиспользованыьгунапервомшагеалгоритма |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Такимобр,нпервомзомшагеалгоритм |
|
|
|
|
|
9.2 выбереттужевершину |
v. Нопослеудаления |
|||||||
вершины v навторомшагесноваи деревоеется,ккотпримромутежрассуждениянимы. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Итак, |
f - тождественноеи,значит,взаимно |
|
|
|
-однозначноеотображ.Заметимтеп ние |
|
|
ерь, |
||||||
чтодляпределения |
|
i-огоэлементакодана |
|
|
i-омшагеалгоритма |
9.1 используется,азатем |
||||||||
удалетсяребро |
|
|
(v, |
А[ i]) ивточностижеребродобавляетсядерево |
|
|
Т' |
на i-омшаге |
||||||
алгоритма 9.2.Следовательно, |
f |
- |
взаимно-однозначноеотображ,сохраняние |
|
|
ющее |
||||||||
смежностьи |
Т~Т'. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Diskretka.doc20.02.2014 |
95 |
|
Пример |
9.10,кодПрюфера |
7, 9, 1, 7, 2, 2, 7, 1, 2, 5, 12. На |
Длядерева,представленногонарис. |
||
этомрисункечиславвершинах |
- этоихномечисла,а нарёбрахуказываютпорядок, |
|
которомбудутвыбивершиныратьсясячиеуда |
лятьсярёбраприпостроениикода |
|
Прюфера. |
|
|
Рис. 9Построение.10кода.Прюфера
Замечание
КодПрюфера — наибэкономноелее
попамятипредстаерева.Егом немноголежулучшизаметитьие,если,что существуетвсегодноереводвумявершинами — К2, апотомуинформацию «последнемребре»можнохра, восстанавливаетсяитьоднозначно.
Предстбинадеревьеввлениеных |
|
|
Всвободнриентироватьякоедеревм жно,назначиводинизузловкорнем.Всякое |
|
|
ордеревоможнпроизвоупорядочить.Дльно |
отоднмкбратьевузлаого() |
|
упорядоченордеопреотваделеностаршешениего |
-младшелеве( |
-правее)Всякое. |
упоряддеревом предстжночбиннноеаер,витьпроведянымевомправуюсвязьк |
|
|
старшемубрату,левую |
— кмладшемусыну. |
|
Пример
Нарис. 9.11 приведеныдиаграммыупорядсоответствующегочемубинарногонного
деревьев.
Такимобразом,достаточнорассмотретьпредставлениекомпьютеребинарных
деревьев.
Замечание
Изданногопредставленияследует,чтомножествобинадерныхевьев взаимнооднозначно соответствуетмножествуупорядупорядоченныхлес в деревьев.
1Списочные. структуры:каждыйузелпредсзаптиавляетсяпасью |
|
N,содержащейдва |
|
поля( t и r)суказнлевыйателямиправыйузлыещеоднополе |
|
r дляхраненияуказателя |
|
наинформацию |
обузле.Деревопредставляуказнкорень.телемТиптся |
N обычно |
|
опредследующимобразомляется: |
n(p) объемпамяти,занимаемойпредставлбинаде,гдереногониемва |
|
|
Обозначимчерез |
|
||
- чисуз.Наиболеелочастовиспо представленияьзуюбинартсящие |
|
ныхдеревьев. |
|
N = record i: info;↑N l,r: |
end record |
|
|
Дляэтогопредставления |
n(p) = 3p |
|
Контрольныевопросы
1. Чтоназываетсяграфом?Ориентиграфом?П .имерыованным
Diskretka.doc20.02.2014 |
96 |
|
2. |
Чтотакоестепеньв ршины? |
|
3. |
Перечислитеоснпо,внысвязанныенятиянеориентированнымиг |
рафами. |
4.Перечислитеоснпо,внысвязанныенятияориентированнымиграфами.
5.Перечислитеспособызаданияграфов.
6.Вчемсостоитаналитическийспособзаданияграфа?
7.Вчемсостгеометрическийитспособзаданияграфа?
8. Вчемсостоитматричныйспособзаданияграф |
а? |
9.Какаяматрицаназываетсяматрицейсмежностиграфа?
10.Какаяматрицаназываетсяматрицейсмежностиграфа?
11.Какаяматрицаназываетсяматрицейинцидентностиграфа?
12.Чтоназываетсямаршрутом,цикломцепьюграфа?
13. |
Сформулируйтепонятиесвязностиграфа.Какой |
фназываетсясвязным? |
14.Какиедваграфаназываютсяизоморфными?
15.Сформулизоморфизмайтеалгоридвухтмграфов.
16.Перечислитеоперациинадграфами.
17.Дайтеопрэйлероваделениеграфа.
18.Сформулалгорпостроенияэйлероватмциклауйте.
19. |
Какойграфназываетсягамиль |
тоновым? |
Лекция№ 9
БУЛЕВА АЛГЕБРА
Таккакзданвсегомиравершивозведенонно |
|
премудрымТворцо,томиренепроисходитни,вчемго |
|
небыловиденсмыслкакого |
-нибудьмаксилимума |
минимума. |
|
Булевойалгеброй |
|
называетсядистрибутивн |
аяструктуранеравнымидругу |
|
|
Эйлер |
|||||
|
|
|
|
||||||||
единицей 1 инулем |
0,вкоторойвсякийэлемедополнениент. |
|
|
|
Булеваалгебра |
всегда |
|||||
содменеержитдвухэл .Алгебраментов,содержащаятолько |
|
|
|
|
|
|
1 |
и 0,называется |
|||
вырожденной. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оснлогическвныефункциие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим через E2 = {0, 1} |
– множество,состоящчиселиздвух.Числа |
|
|
|
|
0 и 1 |
|||||
являютсяосновнымидискретнойматематике.Частоониинтерпретируютсякак |
|
|
|
|
|
|
“ложь” ( |
||||
= {0})икак |
“истина”=( {1} |
|
). |
… E = En являетсямножествомупорядоченн |
|
|
|||||
Декартопроизвоедение |
|
EЕ |
|
ых |
|||||||
наб,состоящихровиз |
|
п чиснулей( единиц)Какизвестно. , |
|
|
Еп cодержит |
2п элементов |
|||||
(упоряднаборов)Само. мнченныхжество |
|
|
|
|
Еп можноестественнымобразомупорядочить, |
|
|
k, |
|||
длячегодостаточносчитатькажнабвоичнымыйразложениемцелогочисла |
|
|
|
|
|
|
|
||||
записаннспомощьюго |
|
п знаков.Упорядочениенаборовпроводитсячислу |
|
|
|
|
k . |
||||
На,пример |
п = 3 множество Е3 можетбытьупорядоченоследуюобраз. щим |
|
|
|
|
||||||
|
0 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
|
|
000 |
|
001 |
010 |
011 |
100 |
101 |
110 |
111 |
|
|
Такупорядочениещеназывают |
|
|
“скользящейединицей” |
|
. |
|
|
|
|||
Этот |
естественныйпорядокэлементов |
|
|
Еп являетсамымраспространеннымя,но |
|
|
|||||
иногдаудобендругойспосупо.рядоченияб |
|
|
|
|
n переменных |
|
|
||||
Логическойбулевой( )функцией |
|
|
|
(илипростофункцией) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
y = f(x1, x2, …, xn) |
|
|
|
|
Diskretka.doc20.02.2014 |
|
97 |
|
|
назывтакфункцияа,етсякоторойвсеп ременныеиса |
мафункцмогутприниматья |
|||
толькодвазначения: |
0 и 1. |
|
0 и 1 называются |
|
|
Пере,котменныеопринимрыегуттолькодвазначениять |
|
||
логическими переменныЗаметиили(просто). ,енныгическаячтол переменная |
|
|||
х можетподразумеватьчислом |
|
0 некотороевыс,котазываниело,пжнорчисломд |
|
|
1 выс,котороеазываисти. нноие |
|
|
|
|
|
Пример. |
|
|
|
|
ВысказыМосква“ находитсяЕвропеание”являетсяистинным,значит,точки |
1. |
|
|
зрениядискретнойматематпринз ачениемаетки |
|
|
||
|
Высказываниесутках“ 27часов”является |
ложным,ипеременная,котораязамен ет |
|
|
этовысказывание,при ачениеимает |
|
0. |
|
|
|
Имногоеетвыс,якоторыеазыванийл бост,лложныбо, которыхмыне |
|
|
|
знаем,чтои енасамометтоделе.Например,высказываниестудент“ Петровимеется( |
|
|
||
видуко |
нкрче)тныйимеетловкомпьютердома”Такого. родавысказываниятребуют |
|
|
|
проверкиконечно(,еслнамваженэтотфакт)Поэтому. счи, переменнаяаем, |
0 или 1. |
|
||
заменяющаяэтовысказываниеможетпри ачениеимать |
|
п переменных – это |
||
|
Изопределелогическойфункцииследуеия |
|
т,чтофункция |
|
отображение Еп в Е, котмозадатьроежнопосредсттаблицей,называемойенно |
таблицей |
истинности даннойфункции. |
|
|
|
|
|
|
Пример. |
|
f(x,y,z) |
|
|
|
|
Функциятрпеременных |
можетпредследующейтаблицейляться |
|
||||
истинности. |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
(x,y,z) |
|
|
|
|
Этоозначает,что |
f(0,0,0) = 1, f(0,0,1) = 0, f(0,1,0)ит.д. |
= 1 |
|
|||
Двефункцииравны,есловпадаютихтаблицыистинностина(объединенномнаборе |
|
|
|
|
||
переменных). |
|
Еп всегдаупорядестественнымобразомчены,это |
|
|||
Притакомзадн нииборы |
|
|||||
позволяетопределятьфункциютолькопостолбцомледнимкоторый( иногдадляэкономии |
|
|
|
|
f(x,y,z) можнозадать |
|
местазаписываетсястрочку)Например. ,нашемфункциюере |
|
|
|
|
||
так: f = (10110100),этоозначает,что |
постолледнийтаблицыистинностиец |
|
||||
Заметим,чтовсефункции |
п перетакжеменныхожноперенумероватьпопринципу |
|
||||
“скользящейединицы”Теоретически. числотакихфункц й |
|
|
|
– 22n , нонекоторыеизних |
||
являютсяпосущес |
твуфункцменьшегочиперемямисла,двенных |
|
|
|
– вообщеконстантами. |
|
Еслифактическифункцнезависитнекоторойяпеременной,тотакуюпеременную |
|
|
|
|
|
|
называют фиктивной. |
|
|
|
|
|
|
Теперьможнописатьосновныефункциидискретнойматематики. |
|
|
|
|
||
Булевафункция. |
|
|
|
|
|
|
Булевойф |
ункцией от n аргументов x1, x2, … ,xn, |
называетсяфункция |
f из n-ойстепени |
|||
множества{0,множество1}{0, 1} |
|
f: {0,1}n .→ {0,1}, т.е.функция,котораяпроизвольному |
||||
наборуизнулейиединицставитсоозначениеветствиефункции |
(ФАЛ)называютсятакжебулфункцвыми, |
ями |
|
f(δ 1, δ2, δ… , n) {0,1}. |
||
Функцииалгебрылог ки |
|
двоичными |
||||
функциями и переключательнымифункциями |
. |
|
|
|
||
Булевойфункциейописываютпреобразонекоторымусятройствомходныхания |
|
|
|
|
||
сигналввых.Поустдныевройствоь |
f |
имеет n входов x1, x2, … ,xn накотморыежет |
||||
подаваться(1)илинеподаваться(0)одинквых,накотодестькром(1)или(0). |
xi = 1 интеркакпосретоканауплениеирутся |
i-й |
||||
Такимобразом,значениепеременной |
Diskretka.doc20.02.2014 |
|
|
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
||||
вход,а |
|
xi = 0 |
- какнепоступ |
лениитока.Значениевыходеустройства |
|
|
f(δ 1, δ2, δ… , n) = 1, |
|||||||||
означаеттоквыхопризадвходеанноми |
|
|
|
|
|
|
f(δ 1, δ2, δ… , |
n) = 0 - токанавыходенет. |
|
|
|
|||||
|
Иначеговоря,булевафункция |
|
|
|
– этофункция,аргументызначениекоторой |
|
|
|
|
|
||||||
принадлежитмножеству{0, 1}. |
|
|
Множество{0,мыбудальнейшем1} бозначатьчерез |
|
|
|
|
|
|
|||||||
B. |
Булевуфункциюот |
|
n аргумеможрассматриватьнтовкак |
|
|
n-местнуюалгебраическую |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
операциюнамножестве |
|
|
B.Приэтомалгебра |
|
|
<B;W>,где |
W – |
множествовсевозможных |
||||||||
булевыхфу,называетсякций |
|
алгебройлогики . |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Вдискретнматематикебольшуюиграютйконечныефункции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Конечнойфункцией |
|
называют отображение одногоконечногомножествадругое. |
|
|
|
||||||||||
|
Важныйклт функцийсскихобразбулевыфункции.ют |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Булевафункция |
(от n переменных) |
- этопроизвольное |
тображениевида |
|
|
|
|||||||||
|
f: Bn →B, |
B={0,1}; |
|
|
|
|
|
n-элементныхпоследовательностей( |
|
|
n- |
|||||
|
Булевафункцияопределенамножествевсех |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
элемекорт)нулейтныхижейдипридвцнимаетозможныхзначения: 01. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Булеваконстанта |
|
- это индивиднконстантая |
собласть |
юзначений |
{0,1}.Таким |
||||||||||
образом,существуетдвебулевыконс: и0Поантыопределению1. принимается,что |
|
|
|
|
|
|
нульарная операция). |
|||||||||
каждаябулеваконстанта |
|
|
естьтакжебулфункцияотвапеременных0 ( |
|
|
|||||||||||
|
Булевопеременное |
|
- это индивидноепеременное |
собластью значений {0,1},т.е.это |
||||||||||||
переменное,кот принимроежеттолькодвазн:ачениять01. |
f: {0,1}n →{0,1} задается y = f(x1, . . . , xn), вкоторойкаждое |
|||||||||||||||
|
Тогдабулевафункция |
|
||||||||||||||
булевопеременное |
|
xi (i = 1, . . .,n) |
ифункция f принимаютдвозможных |
начения: 01. |
||||||||||||
|
Переменные x1, . . . , xn называют - переменбулевойфункцииыми |
|
|
f. |
|
|
|
|||||||||
|
Кортежизмножества |
|
{0,1}n |
называется наборомзначенийпеременных |
|
x1, . . . , xn . |
||||||||||
Мощностьэтогомн 2жества |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Числофункции |
f: M → N равно NM |
(2 встепени |
2n |
22n ) |
|
|
|
||||||||
|
Булевфункцмопрйжнодругойиидатьсмысл. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 – истина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 – ложь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогдаизпростыхвысказывсложноейможносо та. вить |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Алгебралогики |
|
- множествовысказыванийопераций |
|
|
|
- одной унарной и4 |
бинарных: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
А1 = ‹b, { ← , , ,→, ~}› |
|
|
|
|
|
||||
|
|
← : {0,1} → {0,1} - отрицание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
: {0,1}2 → {0,1} - конъюнкциялог(.умножение) |
|
|
– "и" |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
: {0,1}2 → {0,1}- дизъюнкциялог(.сложение) |
|
|
- "или" |
|
|
|
|
|
||||||
|
Или 1 – включено, 0 |
- выключено. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Тогдаполучаемпереключательнуюфункциюилидвоичнуюфункцию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Примеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Параллельноеипоследовательноесоединения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Двоичноедерево |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Двухэлементнаябулеваалгебра. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Рассммножествотрим |
|
Во = {0,1} иопределимнанемоперации |
|
|
, , |
|
,согласно |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
таблицамистинностиформул |
|
|
x y , x y , |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Тогдасистема |
Bо = |
B0 ; , , |
|
,0,1 являетсядвухэлембулевалгсвсемиобройнтной |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
свойстваминаопер.Формулыалгец и |
|
Bо. |
брылогики,содержащиелишьлогическиеоперации |
|
|
|
|
|
||||||||
, , |
|
являютсятермами |
|
Термом |
|
являетсяюбоефункциональноевыражение, |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
составлпомощьюеремнноеи/илисигнатурныхнныхфункциональныхсимволов.
Diskretka.doc20.02.2014 |
|
|
99 |
|
|
|
|
Потеофункциональнойремеполноте |
|
|
вбулевойалгебре |
|
Bо спомощьютермаможно |
||
задатьлюбуюбулевуфункцию. |
|
|
|
|
|
|
|
Функцииоднойпеременной |
y = f(x) |
|
|
|
|
||
Сущчетыреразличныхствфункцииоднойетпеременнойнамножестве{0,1}: |
|
|
x иинвпеременнойсия |
x ()Нетр. |
|
||
констан"0",константа"1",переменная |
|
|
удноубедиться, |
||||
чтоизэтихфункцийспомощьюоперацийсуперпозицииподстановкиможнополучить |
|
|
|
|
|
|
|
толькофункциюоднойпеременной. |
|
|
|
|
|
|
|
Перенэтифункциимеруем |
|
(ихестественным4) обиразомсположимвиде |
|
|
|
||
таблицы: |
x |
f0 |
f1 |
f2 |
f3 |
|
|
|
|
|
|||||
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
Видно, |
что f0 (х) = 0, a f3 (х) = 1,т.е.этидвефункцнезавотисяти |
|
|
х, f1 (х) = х,т.е.она |
|
|||||||
неменяетаргумента.Функция |
|
f2 (х) действительноодержательнаяфункция.Онапринимает |
|
|
|
|
|
|
|
|||
значен,противоположзначениямаргуме,обознтаачаетсяые |
|
← x (читаетсяне“ |
|
|
f2 (х) = |
|
|
иназывается |
|
|||
отрицанием (применяютещеобозначение |
|
x”)). |
|
|
||||||||
Отрицанием высказывания X называетсявысказывание |
|
|
, котористинно, гдае |
|
X |
|||||||
X |
|
|||||||||||
ложно,иложно,к гда |
|
X истинно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблицаистинностидляотрицания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Табулевыхлицыфункций |
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
n переменныхможетбызаданаьаблицей,состоящейиздвух |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Булевафункцияот |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
столбцови |
2n |
строк.Впервомстолбцеперечисляютсявсенаборыиз |
|
|
|
|
|
|
|
Bn |
в |
|
лексикографическомпорядке,вовтором |
|
– значефунакцииаборахия. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
При n = 1 имеембулевых4 функции |
|
221 |
= 4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
x |
f1(x) |
f2(x) |
f3(x) |
|
|
f4(x) |
|
|
||
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
||
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
f1(x) - тождественная функция f2(x) - константа 0
f3(x) - константа 1 f4(x) - отрицание
Функциидвухпеременных |
|
|
z = f(x,y). |
||
Различныхфункцийдвухпеременныхсуществуетужеш стнадцать.Этифункции,их |
|
|
|||
названияобозначпривтабл.еЧденыя1этих.слофункцийравно |
|
|
|
||
Перенумеруемираспихтожевестественномложимпорядке. |
|
|
|
||
При n = 2 име1б6улевыхфункем |
ции |
|
|
||
f0 |
f1 |
f2 |
f3 |
f4 |
f5 |
x1 x2 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 = |
16. |
||
222 |
= 16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f6 |
f7 |
f8 |
f9 |
f10 |
f11 |
f12 |
f13 f14 |
f15 |
||
|
|
↓ |
≡ |
← y |
y |
← |
x |
1 |
||
→ |
→ |
|
|
|||||||
x |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
x |
|
y |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Diskretka.doc20.02.2014 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
||
|
Этоэлементарныефу |
|
нкцСимволы. |
|
- логическиесвязкиоперации( ) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
f0 |
- константа 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f1 – конъюнкция f1 = xy ( x&y; x y) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
f2 – запорет |
y |
xy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f3 – повторение |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f4 – запорет |
x |
xy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f5 – повторение |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f6 – суммапомодулю2 |
|
f6 |
= x y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
f7 – дизъюнкция |
f7 = x y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
f8 – стрелкаПирса |
|
f8 = x ↓ y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
f9 – эквивалентность |
f9 = x ≡ y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
f10 – отрицание y |
f10 = ¬y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
f11 – импликацияот |
y |
к x y → x, y x, y x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
f12 – отрицание x |
f12 |
= ←x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
f13 – импликацияот |
x |
к y |
x → y, x y, x y |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
f14 – штрихШеффера |
|
f14 |
= x |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
f15 |
- константа 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ДляинженВТалглогикиебраВТ( |
|
|
– алгпебрареключательныхсхемили |
|
|
||
комбинацлогика)являесисоннаятсяемо |
|
|
йалгебраичлогическихметодовреш ния |
|
|
||
зад,тасовокупныхкжечзадач,решаемыхтакимиметодами;дляВТ |
|
|
|
- этоинструмент |
|||
синтезакомбинационявляющихсясхем, ча лучаэлементнойтныконм????,чных |
|
|
|
|
|||
базойкоторогоявляетсяибофункциональныеэле |
|
|
менты, |
|
|
||
Предметдвузначнойалгебрылогикиявлм.однородныедвузначныелогические |
|
|
|
|
|||
опернадними,такжециивытекающиеизихсвойствправилапреобразования |
|
|
|
|
|||
(упрощение,минимизацрешения)сцеалгорьюизадачтмизации. |
|
|
|
|
|
||
Валгебрелогикивыскразывания |
ссматриваютсятолькоточкизренияистинности |
|
|
||||
иложноибезрассихтиматриваниясмысла. |
|
|
|
|
|
||
Индексфункции |
fi(x, |
y) являетсядесятичнымэквивалентомчисла,чного |
|
|
|||
образованногоизвекторазначефункциинаупорядочиймножнаборовзначенийнномстве |
|
|
|
|
|
||
аргументов: |
{(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)}.Функции |
f0, |
f3, f5, f10, f12, f15 являютсярасширениемна |
|
|||
случайдвухперемужизвестныхфункцийнныходнойпеременной.Функции |
|
|
|
f1(x,y) = x y |
|||
(конъюнкция) |
|
f7(x,y) = x |
y (дизъюнкция)совместнофункциейинверсии |
(f10, f12) были |
|||
использованыпредыраздляпостроущихелахфоремдставления |
|
|
|
|
|
||
переключательныхфункций,пригодныхдляаналитереключательныхскойзаписи |
|
|
|
|
|
||
функцийпроизвольнойсложности. |
|
|
|
f0 = 0 и |
f15 = 1 |
|
|
Рассмболееп дэтфункциироб.Двемизнихо |
|
|
являются |
||||
константами.Наиболееважныефункцимедвухп ре специальныеыхютазвания |
|
|
|
|
|
||
обозначения.Заметим,чтоэтиобозначенияневсегдаобщеприняты. |
|
|
|
|
|
||
Перечислимважнейш7 функц: ихй |
И ( )) двухыск |
азываний X и Y называетсявысказывание |
X |
||||
1)конъюфункция( |
|||||||
Y, котороеис олькоинновтомслучае,когда |
конъюнкций |
|
X и Y обаистинны. |
|
|
||
Таблицаистинностидля |
|
X Y |
|
|
|||
|
|
|
X |
Y |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|