A logikai algebra vagy logikai számítás az a része a matematikának , amely egy megközelítési algebral foglalkozik a logikai nézettel a változók , az operátorok és a logikai változók függvényeinek vonatkozásában, amely lehetővé teszi algebrai technikák használatát a számítás kétértékű kifejezéseinek kezelésére . javaslatok . 1854-ben George Boole brit matematikus kezdte . Ma a Boole-algebra számos alkalmazást talál az informatikában és az elektronikus áramkörök tervezésében .
Ez volt az első használható Telefonközpont áramkörök által Claude Shannon .
A logikai függvények logikai algebra lehetővé teszi a logikai érvelés modellezését , azáltal, hogy az állapotot a feltételek függvényében fejezi ki. Például, ha a Kommunikáció kifejezést és a Pick up kifejezést tanulmányozzuk;
Kommunikáció = adó és vevő
A kommunikáció "IGAZ" lenne, ha mind a feladó, mind a vevő változó aktív lenne (ez egy logikus függvény a feladó és a vevő változóktól függően )Felvétel = (csengetés és válaszadás) VAGY döntés a hívásról
A felvétel „IGAZ” lenne, ha egyszerre hallja a csengést ÉS úgy dönt, hogy válaszol , vagy ( VAGY ), ha egyszerűen csak úgy dönt, hogy felhív .Mivel a logikai algebra három szakterület közös tartománya, különböző jelölésekkel találkozunk ugyanazon objektum kijelölésére. A cikk további részében megjelöljük a különféle jelöléseket, de kiváltságot nyújtunk arra, hogy fenntartsunk egy bizonyos homogenitást.
Hívjuk B a beállított tevődik össze két elem az úgynevezett igazság értékeket {TRUE, FALSE}. Ezt a készletet szintén tudomásul veszik
A vonatkozó és az .
A jelölést a következőkben előnyben részesítjük .
Ezen a halmazon definiálhatunk két bináris törvényt (vagy műveletet), az ÉS és az OR törvényeket, valamint az unáris műveletet, a tagadást (vagy a kiegészítést).
A következő példák és tulajdonságok mindegyikéhez:
ET törvénytáblázat | ||
b \ a | 0 | 1 |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 |
A következőképpen definiálják: a ÉS b akkor és akkor igaz, ha a értéke IGAZ és b IGAZ.
Ezt a törvényt szintén figyelembe veszik:
A következőkben a „ ” jelölést előnyben részesítjük .
Ennek a törvénynek a táblázata (az összeadási vagy szorzótáblához hasonlóan ) nem igazságtábla .
A törvény táblázata VAGY | ||
b \ a | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
Ezt a következőképpen határozzuk meg: a OR b akkor és akkor igaz, ha a értéke IGAZ vagy b IGAZ. (Különösen, ha a igaz és b is igaz, akkor egy OR b igaz.)
Ezt a törvényt szintén figyelembe veszik:
Előnyben részesítjük a következő jelöléseket, de ügyelni kell arra, hogy ez a törvény nem a Z / 2 Z szokásos kiegészítése . Ezért a matematikában és a matematikai logikában a jelölést nem használják az "vagy inkluzív" jelölésére: azt a " vagy kizárólagos " műveletnek tartják fenn , amely (az "és" -hez csatlakozva) bármely logikai algebrát készít egy logikai gyűrű , különösen egy Z / 2 Z - algebra .
Tagadása egy IGAZ akkor, ha a HAMIS.
Megjegyezzük az a tagadását:
A jelölést a következőkben előnyben részesítjük .
Ezután megkapjuk és .
Az üzemeltetőket számos közös tulajdonság érinti:
Ezenkívül minden kezelőnek van egy semleges eleme és egy elnyelő eleme :
Egyszerűsítések lehetségesek, például:
a konszenzustétel a Boolean algebra operátoraira vonatkozik:
Végül a kiegészítő jelleg elvét követik:
Ezután megtalálja a tulajdonságokat, amelyek így B a szerkezet Boole algebra .
Kiemelten fontosAz írások leegyszerűsítése érdekében szokás, hogy a logikai műveletekre ugyanazok az elsőbbségi szabályok vonatkoznak, mint a szokásos számtani műveletekre: az AND függvény (logikai szorzás) tehát elsőbbséget élvez az OR függvénnyel (logikai összeg) szemben. Így :
Még mindig lehetséges zárójeleket elhelyezni a számításokban a műveletek prioritási sorrendjének megváltoztatásához.
De Morgan tétele
De Morgan első törvénye (disszjunkció tagadás)
a következő egyenlőség fejezi ki
Mindkét esetben a kifejezés csak akkor lesz IGAZ |
De Morgan második törvénye (a kötőszó tagadása)
Mindkét esetben a kifejezés csak akkor lesz HAMIS |
Matematikailag egy logikai függvény vagy logikai operátor egy alkalmazás a B n -re B-ben .
Az elektronikában a logikai függvény egy fekete doboz, amely bizonyos számú logikai változót kap bemenetként, és amely a bemeneti változóktól függően logikai változót ad ki. A cikklogikai függvény elmagyarázza, hogyan lehet felépíteni néhány alapvető függvény fekete dobozát.
Az igazságtábla lehetővé teszi a kimenet állapotának meghatározását a bemenetek állapota szerint. Jellemzi a logikai függvényt.
Bármely igazságtábla, és így minden logikai függvény leírható a három alapvető művelet segítségével:
Azt is bizonyítjuk, hogy a paramétereknek pontosan vannak logikai függvényei . Valójában elegendő az összes lehetséges igazságtáblázat átgondolása, vagy a paraméterek függvényének kidolgozása .
A három alapműveletből származnak, majd meghatározzák
|
|
|
|
Ezek a kétváltozós logikai függvények. Ezek között van néhány elég érdekes ahhoz, hogy nevet kapjanak.
Kizárólagos diszjunkcióXOR igazságtáblázat | ||
nál nél | b | a b |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Az eddig vizsgált OR-t a következőképpen kell érteni: "egyik vagy másik vagy mindkettő". Más néven „befogadó VAGY”. Az exkluzív OR (vagy XOR az 'e X clusive OR' esetében ) jelentése: "egyik vagy másik, de nem mindkettő".
a XOR bMeghatározhatjuk egy modulo -val is egy közönséges összegen :
Az "exkluzív vagy" jelölést néha a számtani jel jelöli ( ettől eltér ). Funkcionálisan ez is használ a + körül: .
Tulajdonság - Bármely igazságtábla, bármilyen logikai függvény leírható az 1 konstans és a két művelet segítségével: kizárólagos diszjunkció és konjunkció, mert:, és
EgyenértékűségEQV igazságtáblázat | ||
nál nél | b | a b |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Az egyenértékűség (EQV vagy XNOR jelöléssel) akkor igaz, ha a két bemenetnek ugyanaz az értéke, máskülönben hamis. A "kizárólagos vagy" tagadása.
Az ekvivalencia írhatóAz egyenértékűséget gyakran jelöli a jel . Megjegyezhetõ „==” bizonyos nyelveken (C, C ++, PHP…) és „⊙” az elektronikában.
BevonásIMP igazságtáblázat | ||
nál nél | b | a b |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Ez a művelet nem kommutatív . az a elegendő feltétel b-hez, amely szükséges feltétel az a-hoz.
De
Rajz:
A „HA Franciaországban (nagyvárosban) élek, akkor pedig Európában élek. » , Következtethetünk « HA nem Európában élek, akkor nem Franciaországban élek. » De nem « HA nem Franciaországban élek, akkor nem Európában élek. » Mivel Európában másutt élhetek, mint Franciaországban, anélkül, hogy ellentmondanék a kezdeti állításnak.
GátlásINH igazságtáblázat | ||
nál nél | b | |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Ha a értéke IGAZ, akkor a kifejezés IGAZ, KIVÉTEL, ha b értéke IGAZ.
Ez a művelet nem kommutatív.
Igazságtábla kiakasztásra | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
nál nél | b | vs. | d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 0 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 1 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 0 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 1 | 0 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 1 | 1 | 1 |
Jogszerűség Felvétel = (csengetés és döntés a válaszadásról) VAGY döntés a hívásról a következő gyakorlati helyzetet fordítja: Akkor veszünk fel egy telefont, amikor úgy döntünk, hogy felhívunk valakit, vagy amikor csörög a telefon, és úgy döntünk, hogy válaszolunk .
Három változóból áll:
a d = "Pick up" változó a 3 előző logikai függvénye, és írható d = ab + c
A d függvény igazságtáblázata ekkor a következő (a jobb oldalon):
Az istálló igazságtáblája2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
nál nél | b | vs. | d2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 0 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 1 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 0 | 1 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 1 | 0 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 1 | 1 | 1 |
A táblázat abszurd helyzetet jelez: amikor úgy dönt, hogy felhív valakit, és a telefon úgy csörög, hogy nem akar válaszolni, akkor is felveszi. A táblázat ellentétes módosítása kijavítaná ezt az abszurditást. Ez a táblázat egy logikai függvénynek felel meg, amely a d2 vagy a d2 függvényt határozhatja meg és egyszerűsítheti .
Négyváltozós logikai függvényEgy jó tanuló kíváncsi, hogy bölcs-e egy éjszaka kimenni. Négy változó szerint kell döntenie:
Ez a hallgató akkor távozhat, ha:
Az a, b, c és d változók állapota szerint kilépő logikai kifejezés tehát a következőképpen írható:Kilépés =
Logikai függvény határozható meg
Példa: A "Pick up2" példában a táblázat leolvasása azt mutatja, hogy egyenlő, amikor vagy vagy vagy .Ez lehetővé teszi a d2 definiálását
Lehetséges olyan kifejezés, amely minimalizálja az egyes kifejezések számát és betűinek számát. Ez a célja néhány technikának, mint a Quine-McCluskey módszer , a Karnaugh-diagramok , a konszenzusos módszer , a kettős polarizáció ...
Példa (folytatás): az előző összeg csökkenthető az első két tag faktorizálásával, az utolsó két tag faktorizálásával pedig
Logikai kifejezések gyakran megjelennek a számítástechnika , mint egy fa struktúra .
Különböző részfák (vagy ágak) kapcsolódnak az első csúcshoz (gyökérhez). A zsákutca csúcsait leveleknek nevezzük.
Minden belső csúcs felel meg „ha majd másként ” logikai választó , ami csökkenti a szóban forgó két egyszerűbb alkérdések, esetleg csökken 1 / igaz vagy 0 / hamis.
Ekkor az f függvény kiértékelése az első kérdésre választott q változótól függ , ami két független kifejezéshez vezet .
Bármelyik ; tudunk írni
A fák a kifejezéstől és a kérdések sorrendjétől függően ugyanazon kifejezés esetében egyes kérdőívek egyszerűbbek lesznek, mint mások.