Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Diskretka

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
03.03.2015
Размер:
18.95 Mб
Скачать

Diskretka.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

 

 

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.

 

 

Имногоеетвыскоторыеазыванийл 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

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 име6улевыхфункем

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

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]