Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Дискретная математика.doc
Скачиваний:
70
Добавлен:
02.12.2018
Размер:
1.95 Mб
Скачать

§ 5. Полнота. Примеры полных систем

Выше было показано, что всякая функция алгебры логики может быть выражена в виде формулы через элементарные функции , x1x2, x1x2. Оказывается, что таким свойством обладают и некоторые другие системы элементарных функций.

Система функций {f1, f2,..., fk} называется функционально полной, если любая булева функция может быть записана в виде формулы через функции этой системы.

Примеры. Системы P2  множество всех булевых функций и 2={, x1x2, x1x2}.

Теорема 1.3. Пусть даны две системы функций из P2: F={f1, f2,...} и G={g1,g2,...}, относительно которых известно, что система F полна и каждая ее функция выражается в виде формулы через функции системы G. Тогда система G также является полной.

 Пусть h  произвольная функция из P2. Т.к. система F  полная, можно выразить h формулой над F, то есть h=c(f1, f2,...). По условию f1=c1(g1,g2,...), f2=c2(g1,g2,...), ... Поэтому в формуле c(f1, f2,...) можно исключить вхождения функций f1, f2,..., заменив их функциями из G:

h=c(f1, f2,...)=c(c1(g1,g2,...), c2(g1,g2,...), ...)= c’(g1,g2,...).

Таким образом, произвольную формулу h удалось выразить через функции системы G, что доказывает полноту этой системы. 

Опираясь на теорему 1.3, можно установить полноту еще ряда систем.

3. Система 3={,x1x2} является полной. В качестве полной системы выберем 2={,x1x2,x1x2} (см. п. 2). В соответствии с законом де Моргана, x1x2=.

4. Система 4={,x1x2} является полной. Аналогично п. 3 с помощью закона де Моргана выражаем конъюнкцию через дизъюнкцию и отрицание: x1x2=.

5. Система 5={x1x2}, состоящая из одной функции  стрелки Пирса, является полной. В качестве полной выберем систему 3={,x1x2}. Затем, =xx и x1x2=(x1x1)(x2x2).

6. Система 6={x1|x2}, состоящая только из одной функции  штриха Шеффера, является полной. За полную возьмем систему 4={,x1x2}. Затем, =x|x и x1x2=(x1|x1)|(x2|x2).

7. Система 7={1,x1x2,x1x2} является полной. За полную возьмем систему 3={,x1x2}. Отрицание выразим через константу 1 и сложение по модулю 2: =x1.

Формула, построенная из констант 0 и 1 и функций x1x2 и x1x2 после раскрытия скобок и несложных алгебраических преобразований переходит в полином по модулю 2, который называют полиномом И.И.Жегалкина.

Пример. Общий вид полинома Жегалкина для функции трех переменных следующий:

f(x1,x2, x3)=a123x1x2x3 a12x1x2 a13x1x3 a23x2x3 a1x1 a2x2 a3x3 a0 ,

где a123, a12, ..., a0  коэффициенты полинома, каждый из которых может принимать одно из двух значений  0 или 1.

Теорема 1.4 (Жегалкина). Каждая функция из P2 может быть выражена при помощи полинома по модулю 2.

 Подсчитаем общее число различных полиномов Жегалкина от n переменных. Число m различных конъюнкций равно количеству подмножеств (i1,i2,...,ik) множества {1,2...,n}, то есть m=2n ( соответствует a0). Каждая конъюнкция имеет коэффициент a..., который можно выбрать двумя способами (0 либо 1). В соответствии с правилом произведения число различных полиномов от n переменных, которые можно образовать из этих конъюнкций, равно 2m=(пустому подмножеству конъюнкций соответствует полином 0).

Таким образом, число всех полиномов Жегалкина от n переменных равно числу всех булевых функций от тех же переменных. Отсюда, как следствие, получаем единственность представления функций посредством полиномов Жегалкина. 

Пример. Выразить x1|x2 в виде полинома Жегалкина. Ответ. x1|x2 = x1x21.