Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Проблема вирішення в алгебрі висловлювань. Функціональна повнота множини логічних операцій




Проблема вирішення в логіці висловлювань розглядається як відповідь на питання, чи існує алгоритм, який за скінченне число кроків дає змогу визначити тип будь-якої формули алгебри висловлювань. В алгебрі висловлювань ця проблема розв’язується позитивно. Зокрема можна запропонувати способи: 1) Складанням таблиць істинності формул; 2) Застосуванням методу міркувань від супротивного; 3) Зведенням формул до нормальних форм.

Зрозуміло, що таблиця істинності для будь-якої формули від n висловлюваних змінних може бути побудована за скінченне число кроків і визначить тип формули. Але число рядків таблиці (2n) може виявитися завеликим при значній кількості атомів, що становлять формулу. Тому на практиці в такому разі краще застосувати метод 2 або 3.

Аналіз формул із застосуванням методу міркувань від супротивного базується на таких умовиводах:

А. Якщо припустимо, що для деякого набору значень атомів формула α(A1, A2, …, An) набуває значення “ Хибність ”, а після аналізу формули прийдемо до суперечності, то відносно формули α робимо висновок, що вона є тавтологією.

Б. Якщо припустимо, що для деякого набору значень атомів формула α(A1, A2,…, An) набуває значення “Істина” і прийдемо до суперечності, то є суперечною.

В. Якщо не одержимо суперечності ні при припущенні А), ні при припущенні Б), то робимо висновок, що формула α є нейтральною.

Приклад 1.5.1. Визначити тип формули

α = ((A Þ B) ÞA) ÞA.

Розв’язання. Припустимо, що α не є тотожно істинною формулою. Тоді повинен існувати такий набір значень атомів, на якому вона набуває значення “ Хибність ”. Формула α є імплікацією. Значення “ Хибність ” можливе лише за умови, що (AÞB)ÞA набуває на цьому наборі значення “ Істина ”, а А – “ Хибність ”. Тоді випливає, що AÞB повинне набувати значення “ Хибність ”, що неможливо, оскільки А – “ Хибність ”. Отже, α є тавтологією.

Перед тим як розв’язувати проблему вирішення, інколи корисно спочатку перетворити формулу логіки висловлювань за допомогою рівносильних перетворень до деякої стандартної форми. Такими формами є диз’юнктивна нормальна форма (ДНФ) та кон’юнктивна нормальна форма (КНФ).

Зафіксуємо деяку множину Х логічних змінних.

Означення 1.5.1. Елементарною кон’юнкцією (диз’юнкцією) називається кон’юнкція (диз’юнкція) скінченного числа попарно різних логічних змінних, узятих із запереченням або без нього.

Наприклад, є елементарними кон’юнкціями, є елементарними диз’юнкціями, а або вже такими не будуть.

Означення 1.5.2. Елементарні кон’юнкції, що містять усі змінні з Х, будемо називати конституентами одиниці над Х, а елементарні диз’юнкції, які задовольняють подібну властивість, – конституентами нуля над Х.

Неважко бачити, що кожна конституента одиниці (відповідно, конституента нуля) лише на одному, єдиному для неї наборів атомів набуває значення “Істина” (відпо-

відно значення “Хибність”).

Означення 1.5.3. Диз’юнктивною (кон’юнк-тивною) нормальною формою називається диз’юнкція (кон’юнкція) скінченного числа попарно різних елементарних кон’юнкцій (диз’юнкцій).

Наприклад, є ДНФ, – КНФ. Надалі елементарні кон’юнкції в ДНФ будемо називати доданками, а елементарні диз’юнкції в КНФ – множниками.

Означення 1.5.4. ДНФ (КНФ)називається досконалою, якщо всі її доданки (множники) є конституентами одиниці (нуля) над множиною всіх її атомів.

Досконалі форми будемо відповідно позначати ДДНФ та ДКНФ.

Довільну формулу алгебри висловлювань можна перетворити в одну з нормальних форм. Для цього необхідно виконати ряд кроків:

1. Усунути логічні зв’язки “Імплікація” та “Еквіваленція” за формулами .

2. Використати закон подвійного заперечення та закони де Моргана для перенесення знака заперечення безпосередньо до атомів.

3. Використати відповідні закони дистрибутивності.

Приклад 1.5.2. Шляхом перетворень одержати для формули α = А В рівносильні їй ДНФ та КНФ.

Розв’язання.. - КНФ.

- ДНФ.

Інший шлях перетворення будь якої формули алгебри висловлювань до нормальних форм – це побудова спочатку для даної формули таблиці істинності, а потім за таблицею складаємо ДДНФ або ДКНФ.

Означення 1.5.5. Деяка множина операцій алгебри висловлювань називається функціонально повною, якщо довільна формула алгебри висловлювань рівносильна формулі, в яку входять лише операції із цієї системи.

Теорема 1.5.1. Кожна із множин операцій { , , }, { , }, { , }, { , Þ} є функціонально повною.

Доведення. Оскільки для довільних формул α і β алгебри висловлювань характерні рівносильності:

,

то достатньо довести, що перша з означених множин у теоремі 1.5.1 є функціонально повною – { , , }, а всі інші автоматично стають функціонально повними за рівносильностями.

Формально це вже доведено, оскільки за алгоритмом ми зможемо перетворити будь-яку формулу алгебри висловлювань у ДНФ чи КНФ (див. приклад 1.5.2), для сполучення атомів у яких застосовуються лише операції з множини { , , }. Застосуємо інше доведення, використовуючи таблиці істинності і тим самим заодно доведемо ще одну теорему.

Теорема 1.5.2. Кожна функція логіки висловлювань є функцією істинності деякої ДНФ (КНФ).

Доведення. Нехай задана функція логіки висловлювань подана таблицею істинності з рядками, де кожен рядок містить деякий розподіл значень істинності для набору змінних. У кожному рядку і = , , …, таблиці істинності атоми і сама може набувати значення X або I. На наборах атомів в і-му рядку, що надають функції значення І, складемо елементарну кон’юнкцію Xi1ÙXi2Ù…ÙXin, де Xij = Aij, якщо Aij є І, , якщо Aij є Х. З’єднаємо всі елементарні кон’юнкції операцією диз’юнкції.

Покажемо, що одержана конструкція є шуканою ДНФ.

За означенням 1.5.2 кожна конституента одиниці лише на одному, єдиному для неї наборі атомів набуває значення І, тобто тільки для наборів і-го рядка, а на всіх інших рядках вона набуває значення Х. Тому кожний кон’юнктивний одночлен у побудованій ДНФ надасть значення І лише в своєму рядку. Отже, побудована таким чином ДНФ є рівносильною до функції поданою таблицею істинності і теорему 1.5.2 доведено, а одночасно доведено і теорему 1.5.1. Для побудови КНФ дії аналогічні.

Приклад 1.5.3. Утворити ДНФ та КНФ для функції логіки висловлювань, що подана таблицею істинності.

А1 А2 f
X X I
X I I
I X I
I I X

Розв’язання. Для рядків таблиці зі значенням І для f записуємо елементарні кон’юнкції А1 Ù А2 , А1 Ù А2 , А1 Ù А2 , які зв’язуємо між собою диз’юнкцією. Одержимо ДНФ:

f = (ØА1ÙА2)Ú(А1ÙØА2) Ú (ØА1ÙØА2).

КНФ для даної функції - f = А1 Ú А2.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-11-24; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 466 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Так просто быть добрым - нужно только представить себя на месте другого человека прежде, чем начать его судить. © Марлен Дитрих
==> читать все изречения...

2974 - | 2724 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.01 с.