离散数学之等值演算.ppt

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1、1,1.3 命题逻辑等值演算,等值式 基本等值式 等值演算 置换规则,2,等值式,定义 若等价式AB是重言式，则称A与B等值， 记作AB，并称AB是等值式 说明：定义中，A,B,均为元语言符号, A或B中 可能有哑元出现. 例如，在 (pq) (pq) (rr)中，r为左边 公式的哑元. 用真值表可验证两个公式是否等值 请验证：p(qr) (pq) r p(qr) (pq) r,3,基本等值式,双重否定律 : AA 等幂律： AAA, AAA 交换律: ABBA, ABBA 结合律: (AB)CA(BC) (AB)CA(BC) 分配律: A(BC)(AB)(AC) A(BC) (AB)(AC)

2、,4,基本等值式(续),德摩根律: (AB)AB (AB)AB 吸收律: A(AB)A, A(AB)A 零律: A11, A00 同一律: A0A, A1A 排中律: AA1 矛盾律: AA0,5,基本等值式(续),蕴涵等值式: ABAB 等价等值式: AB(AB)(BA) 假言易位: ABBA 等价否定等值式: ABAB 归谬论: (AB)(AB) A 注意: A,B,C代表任意的命题公式 牢记这些等值式是继续学习的基础,6,等值演算与置换规则,等值演算: 由已知的等值式推演出新的等值式的过程 置换规则：若AB, 则(B)(A) 等值演算的基础： (1) 等值关系的性质：自反、对称、传递 (

3、2) 基本的等值式 (3) 置换规则,7,应用举例证明两个公式等值,例1 证明 p(qr) (pq)r 证 p(qr) p(qr) （蕴涵等值式，置换规则） (pq)r （结合律，置换规则） (pq)r （德摩根律，置换规则） (pq) r （蕴涵等值式，置换规则）,说明:也可以从右边开始演算（请做一遍） 因为每一步都用置换规则，故可不写出 熟练后，基本等值式也可以不写出,8,应用举例证明两个公式不等值,例2 证明: p(qr) (pq) r 用等值演算不能直接证明两个公式不等值,证明两 个公式不等值的基本思想是找到一个赋值使一个成 真,另一个成假. 方法一 真值表法（自己证） 方法二 观察赋

4、值法. 容易看出000, 010等是左边的 的成真赋值，是右边的成假赋值. 方法三 用等值演算先化简两个公式，再观察.,9,应用举例判断公式类型,例3 用等值演算法判断下列公式的类型 (1) q(pq) 解 q(pq) q(pq) （蕴涵等值式） q(pq) （德摩根律） p(qq) （交换律，结合律） p0 （矛盾律） 0 （零律） 由最后一步可知，该式为矛盾式.,10,例3 (续),(2) (pq)(qp) 解 (pq)(qp) (pq)(qp) （蕴涵等值式） (pq)(pq) （交换律） 1 由最后一步可知，该式为重言式. 问：最后一步为什么等值于1？,11,例3 (续),(3) (p

5、q)(pq)r) 解 (pq)(pq)r) (p(qq)r （分配律） p1r （排中律） pr （同一律） 这不是矛盾式，也不是重言式，而是非重言式的可 满足式.如101是它的成真赋值,000是它的成假赋值.,总结：A为矛盾式当且仅当A0 A为重言式当且仅当A1 说明：演算步骤不惟一,应尽量使演算短些,12,1.4 范式,析取范式与合取范式 主析取范式与主合取范式,13,析取范式与合取范式,文字:命题变项及其否定的总称 简单析取式:有限个文字构成的析取式 如 p, q, pq, pqr, 简单合取式:有限个文字构成的合取式 如 p, q, pq, pqr, 析取范式:由有限个简单合取式组成的

6、析取式 A1A2Ar, 其中A1,A2,Ar是简单合取式 合取范式:由有限个简单析取式组成的合取式 A1A2Ar , 其中A1,A2,Ar是简单析取式,14,析取范式与合取范式(续),范式:析取范式与合取范式的总称 公式A的析取范式: 与A等值的析取范式 公式A的合取范式: 与A等值的合取范式 说明： 单个文字既是简单析取式，又是简单合取式 pqr, pqr既是析取范式，又是合取范式 (为什么?),15,命题公式的范式,定理 任何命题公式都存在着与之等值的析取范式 与合取范式. 求公式A的范式的步骤： (1) 消去A中的, （若存在） (2) 否定联结词的内移或消去 (3) 使用分配律 对分配

7、（析取范式） 对分配（合取范式） 公式的范式存在，但不惟一,16,求公式的范式举例,例 求下列公式的析取范式与合取范式 (1) A=(pq)r 解 (pq)r (pq)r （消去） pqr （结合律） 这既是A的析取范式（由3个简单合取式组成的析 取式），又是A的合取范式（由一个简单析取式 组成的合取式）,17,求公式的范式举例(续),(2) B=(pq)r 解 (pq)r (pq)r （消去第一个） (pq)r （消去第二个） (pq)r （否定号内移德摩根律） 这一步已为析取范式（两个简单合取式构成） 继续： (pq)r (pr)(qr) （对分配律） 这一步得到合取范式（由两个简单析取式

8、构成）,18,2元真值函数对应的真值表,19,极小项与极大项,定义 在含有n个命题变项的简单合取式(简单析取式)中， 若每个命题变项均以文字的形式出现且仅出现一次，称这 样的简单合取式(简单析取式)为极小项(极大项）. 说明： n个命题变项产生2n个极小项和2n个极大项 2n个极小项（极大项）均互不等值 在极小项和极大项中文字均按下标或字母顺序排列 用mi表示第i个极小项，其中i是该极小项成真赋值的十 进制表示. 用Mi表示第i个极大项，其中i是该极大项成 假赋值的十进制表示, mi(Mi)称为极小项(极大项)的名称. mi与Mi的关系: mi Mi , Mi mi,20,极小项与极大项(续)

9、,由p, q两个命题变项形成的极小项与极大项,21,由p, q, r三个命题变项形成的极小项与极大项,22,主析取范式与主合取范式,主析取范式: 由极小项构成的析取范式 主合取范式: 由极大项构成的合取范式 例如，n=3, 命题变项为p, q, r时， (pqr)(pqr) m1m3 是主析取范式 (pqr)(pqr) M1M5 是主合取范式 A的主析取范式: 与A等值的主析取范式 A的主合取范式: 与A等值的主合取范式.,23,主析取范式与主合取范式(续),定理 任何命题公式都存在着与之等值的主析取范 式和主合取范式, 并且是唯一的. 用等值演算法求公式的主范式的步骤： (1) 先求析取范式

10、（合取范式） (2) 将不是极小项（极大项）的简单合取式（简 单析取式）化成与之等值的若干个极小项的析 取（极大项的合取），需要利用同一律（零 律）、排中律（矛盾律）、分配律、幂等律等. (3) 极小项（极大项）用名称mi（Mi）表示，并 按角标从小到大顺序排序.,24,求公式的主范式,例 求公式 A=(pq)r的主析取范式与主合 取范式. (1) 求主析取范式 (pq)r (pq)r , （析取范式） (pq) (pq)(rr) (pqr)(pqr) m6m7 , ,25,求公式的主范式(续),r (pp)(qq)r (pqr)(pqr)(pqr)(pqr) m1m3m5m7 , 代入并排序

11、，得 (pq)r m1m3m5 m6m7（主析取范式）,26,求公式的主范式(续),(2) 求A的主合取范式 (pq)r (pr)(qr) , （合取范式） pr p(qq)r (pqr)(pqr) M0M2, ,27,求公式的主范式(续),qr (pp)qr (pqr)(pqr) M0M4 , 代入并排序，得 (pq)r M0M2M4 （主合取范式）,28,主范式的用途与真值表相同,(1) 求公式的成真赋值和成假赋值 例如 (pq)r m1m3m5 m6m7， 其成真赋值为001, 011, 101, 110, 111， 其余的赋值 000, 010, 100为成假赋值. 类似地，由主合取范

12、式也可立即求出成 假赋值和成真赋值.,29,主范式的用途(续),(2) 判断公式的类型 设A含n个命题变项，则 A为重言式A的主析取范式含2n个极小项 A的主合取范式为1. A为矛盾式 A的主析取范式为0 A的主合取范式含2n个极大项 A为非重言式的可满足式 A的主析取范式中至少含一个且不含全部极小项 A的主合取范式中至少含一个且不含全部极大项,30,主范式的用途(续),例 用主析取范式判断下述两个公式是否等值： p(qr) 与 (pq)r p(qr) 与 (pq)r 解 p(qr) = m0m1m2m3 m4m5 m7 (pq)r = m0m1m2m3 m4m5 m7 (pq)r = m1m

13、3 m4m5 m7 故中的两公式等值，而的不等值.,(3) 判断两个公式是否等值,说明： 由公式A的主析取范式确定它的主合取范式，反之亦然. 用公式A的真值表求A的主范式.,31,主范式的用途(续),例 某公司要从赵、钱、孙、李、周五名新毕业 的大学生中选派一些人出国学习. 选派必须满足 以下条件： (1)若赵去，钱也去； (2)李、周两人中至少有一人去； (3)钱、孙两人中有一人去且仅去一人； (4)孙、李两人同去或同不去； (5)若周去，则赵、钱也去. 试用主析取范式法分析该公司如何选派他们出国？,32,例 (续),解此类问题的步骤为： 将简单命题符号化 写出各复合命题 写出由中复合命题组

14、成的合取式 求中所得公式的主析取范式,33,例 (续),解 设p：派赵去，q：派钱去，r：派孙去， s：派李去，u：派周去. (1) (pq) (2) (su) (3) (qr)(qr) (4) (rs)(rs) (5) (u(pq) (1) (5)构成的合取式为 A=(pq)(su)(qr)(qr) (rs)(rs)(u(pq),34,例 (续),A的演算过程如下: A (pq)(qr)(qr)(su)(u(pq) (rs)(rs) （交换律) B1= (pq)(qr)(qr) (pqr)(pqr)(qr) （分配律） B2= (su)(u(pq) (su)(pqs)(pqu) （分配律） B1B2 (pqrsu)(pqrsu) (qrsu)(pqrs)(pqru) 再令 B3 = (rs)(rs),35,例 (续),得 A B1B2B3 (pqrsu)(pqrsu) 注意：在以上演算中多次用矛盾律 要求：自己演算一遍 A (pqrsu)(pqrsu) 结论：由可知，A的成真赋值为00110与11001， 因而派孙、李去（赵、钱、周不去）或派赵、钱、 周去（孙、李不去）.,