Как составить днф по таблице истинности кратко

Обновлено: 05.07.2024

Для всякой логической формулы с помощью тождественных преобразований можно построить бесконечно много равносильных ей формул. В алгебре логики одной из основных задач является поиск канонических форм (т. е. формул, построенных по единому правилу, канону).

Если логическая функция выражена через дизъюнкцию, конъюнкцию и отрицание переменных, то такая форма представления называется нормальной.

Среди нормальных форм выделяются совершенные нормальные формы (такие формы, в которых функции записываются единственным образом).

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ)

Определение. Формулу называют элементарной конъюнкцией, если она образованна конъюнкцией некоторого числа переменных или их отрицаний.

Определение. Формула называтся дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ), если она является дизъюнкцией неповторяющихся элементарных конъюнкций.

ДНФ записывается в следующей форме: F₁ ∨ F₂ ∨ . ∨ F_n, где F_i - элементарная конъюнкция

Определение. Логическая формула от k переменных называется совершенной дизъюнктивной нормальной формой (СДНФ), если:
1) формула является ДНФ, в которой каждая элементарная конъюнкция есть конъюнкция k переменных х₁, х₂, …, х_k, причем на i-м месте этой конъюнкции стоит либо переменная х_i, либо ее отрицание;
2) все элементарные конъюнкции в такой ДНФ попарно различны.

Совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ)

Определение. Формулу называют элементарной дизъюнкцией, если она образована дизъюнкцией некоторого числа переменных или их отрицаний.

Определение. Формула называется конъюнктивной нормальной формой (КНФ), если она является конъюнкцией неповторяющихся элементарных дизъюнкций.

КНФ записывается в следующей форме: F₁ ∧ F₂ ∧ . ∧ F_n, где F_i - элементарная дизъюнкция

Определение. Логическая формула от k переменных называется совершенной конъюнктивной нормальной формой (КДНФ), если:
1) формула является КНФ, в которой каждая элементарная дизъюнкция есть дизъюнкция k переменных х₁, х₂, …, х_k, причем на i-м месте этой дизъюнкции стоит либо переменная х_i, либо ее отрицание;
2) все элементарные дизъюнкции в такой КНФ попарно различны.

Заметим, что любую логическую функцию, не равную тождественно 0 или 1, можно представить в виде СДНФ или СКНФ .

Алгоритм построения СДНФ по таблице истинности

1. Выбрать все строки таблицы, в которых значение функции равно единице.
2. Для каждой такой строки записать конъюнкцию всех переменных следующим образом: если значение некоторой переменной в этом наборе равно 1, то в конъюнкцию включаем саму переменную, в противном случае — ее отрицание.
3. Все полученные конъюнкции связываем операциями дизъюнкции.

Алгоритм построения СКНФ по таблице истинности

1. Выбрать все строки таблицы, в которых значение функции равно нулю.
2. Для каждой такой строки записать дизъюнкцию всех переменных следующим образом: если значение некоторой переменной в этом наборе равно 0, то в конъюнкцию включаем саму переменную, в противном случае — ее отрицание.
3. Все полученные дизъюнкции связываем операциями конъюнкции.

Анализ алгоритмов показывает, что если на большей части строк таблицы истинности значение функции равно 0, то для получения ее логической формулы лучше построить СДНФ, в противном случае - СКНФ.

Пример: Дана таблица истинности логической функции от трех переменных. Построить логическую формулу, реализующую эту функцию.

x	y	z	F (x, y, z)
0	0	0	1
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	1

Т.к. на большинстве строк таблицы истинности значение функции равно 1, то построим СКНФ. В результате получим следующую логическую формулу:
F = (¬ x ∨ y ∨ z) ∧ (¬ x ∨ y ∨ ¬ z)

Проверим полученную формулу. Для этого построим таблицу истинности функции.

x	y	z	¬ x	¬ x ∨ y ∨ z	¬ z	¬ x ∨ y ∨ ¬ z	F (x, y, z)
0	0	0	1	1	1	1	1
0	0	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	1	1	1	1
0	1	1	1	1	0	1	1
1	0	0	0	0	1	1	0
1	0	1	0	1	0	0	0
1	1	0	0	1	1	1	1
1	1	1	0	1	0	1	1

Сравнив исходную таблицу истинности и построенную для логической формулы, заметим, что столбцы значений функции совпадают. Значит, логическая функция построена верно.

Пример ДНФ: [math]f(x,y,z) = (x \land y) \lor (y \land \neg )[/math] .

Пример СДНФ: [math]f(x,y,z) = (x \land \neg \land z) \lor (x \land y \land \neg )[/math] .

Для любой булевой функции [math]f(\vec )[/math] , не равной тождественному нулю, существует СДНФ, ее задающая.

Для любой булевой функции выполняется следующее соотношение, называемое разложением Шеннона:

[math]f(\vec) = \neg x_i \wedge f(x_1, \ldots ,x_,0,x_, \ldots ,x_n) \vee x_i \wedge f(x_1, \ldots ,x_,1,x_, \ldots ,x_n)[/math] .

Данное соотношение легко проверить подстановкой возможных значений [math]x_i[/math] ( [math]0[/math] и [math]1[/math] ). Эта формула позволяет выносить [math]x_i[/math] за знак функции. Последовательно вынося [math]x_1[/math] , [math]x_2[/math] . [math]x_n[/math] за знак [math]f(\vec)[/math] , получаем следующую формулу: [math] f(\vec) = \neg x_1 \wedge \neg x_2 \wedge \ldots \wedge \neg x_ \wedge \neg x_n \wedge f(0,0,\ldots,0,0)~\vee~[/math]

[math]\neg x_1 \wedge \neg x_2 \wedge \ldots \wedge \neg x_ \wedge x_n \wedge f(0,0,\ldots,0,1) ~\vee~ \\ \ldots \\ ~\vee~ x_1 \wedge x_2 \wedge \ldots \wedge x_ \wedge \neg x_n \wedge f(1,1,\ldots,1,0) ~\vee~\\ x_1 \wedge x_2 \wedge \ldots \wedge x_ \wedge x_n \wedge f(1,1,\ldots,1) [/math]

1. В таблице истинности отмечаем те наборы переменных, на которых значение функции равно [math] 1 [/math] .
2. Для каждого отмеченного набора записываем конъюнкцию всех переменных по следующему правилу: если значение некоторой переменной есть [math] 1 [/math] , то в конъюнкцию включаем саму переменную, иначе ее отрицание.
3. Все полученные конъюнкции связываем операциями дизъюнкции.

1. В таблице истинности отмечаем те наборы переменных, на которых значение функции равно [math] 1 [/math] .

2. Для каждого отмеченного набора записываем конъюнкцию всех переменных по следующему правилу: если значение некоторой переменной есть [math] 1 [/math] , то в конъюнкцию включаем саму переменную, иначе ее отрицание.

3. Все полученные конъюнкции связываем операциями дизъюнкции:

[math] \langle x,y,z \rangle = (x \land y \land z) \lor (\neg \land y \land z) \lor (x \land \neg \land z) \lor (x \land y \land \neg )[/math] .

[math] \langle x_1, x_2, x_3, x_4, x_5 \rangle = (\overline \land \overline \land x_3 \land x_4 \land x_5) \lor (\overline \land x_2 \land \overline \land x_4 \land x_5) \lor (\overline \land x_2 \land x_3 \land \overline \land x_5) \lor (\overline \land x_2 \land x_3 \land x_4 \land \overline ) \lor (\overline \land x_2 \land x_3 \land x_4 \land x_5) \lor (x_1 \land \overline \land \overline \land x_4 \land x_5) \lor (x_1 \land \overline \land x_3 \land \overline \land x_5) \lor (x_1 \land \overline \land x_3 \land x_4 \land \overline ) \lor (x_1 \land \overline \land x_3 \land x_4 \land x_5) \lor (x_1 \land x_2 \land \overline \land \overline \land x_5) \lor (x_1 \land x_2 \land \overline \land x_4 \land \overline ) \lor (x_1 \land x_2 \land \overline \land x_4 \land x_5) \lor (x_1 \land x_2 \land x_3 \land \overline \land \overline ) \lor (x_1 \land x_2 \land x_3 \land \overline \land x_5) \lor (x_1 \land x_2 \land x_3 \land x_4 \land \overline ) \lor (x_1 \land x_2 \land x_3 \land x_4 \land x_5)[/math] .

Стрелка Пирса: [math] x \downarrow y = (\neg \land \neg )[/math] .

Исключающее или: [math] x \oplus y \oplus z = (\overline \land \overline \land z) \lor (\overline \land y \land \overline) \lor (x \land \overline \land \overline) \lor (x \land y \land z)[/math] .

Нормальная форма логической формулы не содержит знаков импликации, эквивалентности и отрицания неэлементарных формул.

Нормальная форма существует в двух видах:

конъюнктивная нормальная форма (КНФ) -- конъюнкция нескольких дизъюнкций, например, $\left(A\vee \overline\vee C\right)\wedge \left(A\vee C\right)$;

дизъюнктивная нормальная форма (ДНФ) -- дизъюнкция нескольких конъюнкций, например, $\left(A\wedge \overline\wedge C\right)\vee \left(B\wedge C\right)$.

Совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ) -- это КНФ, удовлетворяющая трем условиям:

не содержит одинаковых элементарных дизъюнкций;

ни одна из дизъюнкций не содержит одинаковых переменных;

каждая элементарная дизъюнкция содержит каждую переменную из входящих в данную КНФ.

Любая булева формула, которая не является тождественно истинной, может быть представлена в СКНФ.

Правила построения СКНФ по таблице истинности

Для каждого набора переменных, при котором функция равна 0, записывается сумма, причем переменные, которые имеют значение 1, берутся с отрицанием.

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) -- это ДНФ, удовлетворяющая трем условиям:

не содержит одинаковых элементарных конъюнкций;

ни одна из конъюнкций не содержит одинаковых переменных;

каждая элементарная конъюнкция содержит каждую переменную из входящих в данную ДНФ, к тому же в одинаковом порядке.

Любая булева формула, которая не является тождественно ложной, может быть представлена в СДНФ, к тому же единственным образом.

Правила построения СДНФ по таблице истинности

Для каждого набора переменных, при котором функция равна 1, записывается произведение, причем переменные, которые имеют значение 0 берут с отрицанием.

Примеры нахождения СКНФ и СДНФ

Записать логическую функцию по ее таблице истинности:

Решение:

Воспользуемся правилом построения СДНФ:

\[F\left(x_1,\ x_2,\ x_3\right)=\left(\overline\wedge \overline\wedge \overline\right)\vee \left(\overline\wedge \overline\wedge x_3\right)\vee \left(x_1\wedge \overline\wedge \overline\right)\vee \left(x_1\wedge \overline\wedge x_3\right)\vee \left(x_1\wedge x_2\wedge x_3\right)\]

Воспользуемся правилом построения СКНФ:

\[F\left(x_1,\ x_2,\ x_3\right)=\left(x_1\vee \overline\vee x_3\right)\wedge \left(x_1\vee \overline\vee \overline\right)\wedge \left(\overline\vee \overline\vee x_3\right)\]

Готовые работы на аналогичную тему

Функция задана таблицей истинности:

Представить эту функцию в виде СДНФ и СКНФ.

Решение:

Запишем логическую функцию в СДНФ. Для удобства решения добавим к таблице вспомогательный столбец.

Используя правило составления СДНФ не забываем вводить знак отрицания для переменных со значением 0. Инвертировать нулевые значения переменных обязательно, т.к. иначе они превратят значения конъюнкций в нули основной функции.

Полученные во вспомогательном столбце конъюнкции соединим знаком дизъюнкции и получим искомую логическую функцию в виде СДНФ:

Запишем логическую функцию в СКНФ.

Используя правило составления СКНФ не забываем вводить знак отрицания для переменных со значением 1. Инвертировать единичные значения переменных обязательно, т.к. иначе они превратят значения дизъюнкций в единицы основной функции.

Полученные во вспомогательном столбце дизъюнкции соединим знаком конъюнкции и получим искомую логическую функцию в виде СКНФ:

Нормальная форма логической формулы характеризуется тем, что для нее не свойственны эквивалентность, отрицание формул неэлементарного типа и знаки импликации.

Существует две формы нормального типа: КНФ (конъюнктивная нормальная форма) и ДНФ (дизъюнктивная нормальная форма).

СДНФ — совершенная дизъюнктивная нормальная форма формулы. СДНФ — способ написания функции алгебры логики в качестве логического выражения.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

ДНФ выглядит следующим образом:

СДНФ обладает некоторыми определенными свойствами:

• включает различные элементарные конъюнкции;
• все логические слагаемые формулы содержат все переменные, которые входят в функцию F;
• ни в одном логическом слагаемом не содержится переменная и её отрицание.

К СДНФ возможно привести любую формулу алгебры логики. Исключение составляет только тождественно ложная формула. СДНФ можно получить как используя таблицы истинности, так и через равносильные преобразования.

Что такое СКНФ

СКНФ — совершенная конъюнктивная нормальная форма. Формулу можно назвать таковой, когда она — конъюнкция неповторяющихся элементарных дизъюнкций.

Формула должна соответствовать нескольким условиям, чтобы называться СКНФ:

• в ней отсутствуют одинаковые элементарные дизъюнкции;
• дизъюнкции не содержат одинаковые переменные;
• все дизъюнкции содержат каждую переменную из входящих в конъюнктивную нормальную функцию такого типа.

Правила построения по таблице истинности

Дизъюнктивная форма

Если функция равна 1, то для всех наборов переменных, при которых это происходит, записывается произведение. Однако переменные, которые имеют значение 0, берутся с отрицанием.

Конъюнктивная форма

Когда функция равна 0, то для всех наборов переменных, при которых это происходит, записывается сумма. Однако переменные, которые имеют значение 1, берутся с отрицанием.

Алгоритм приведения к СДНФ и СКНФ

Рассмотрим логическую функцию в виде таблицы истинности.

Алгоритм построения СДНФ по таблице истинности выглядит следующим образом:

1. Отметить наборы переменных, значение функции F на которых равно 1.
2. Записать для всех отмеченных наборов конъюнкцию всех переменных так: если значение некоторой переменной в этом наборе равняется 1, в конъюнкцию включается сама переменная. В случае противного результата, в конъюнкцию включается ее отрицание.
3. Связать полученные конъюнкции операциями дизъюнкции.

Построим совершенную ДНФ:

И как результат получим следующую СДНФ:

Алгоритм построения СКНФ по таблице истинности выглядит следующим образом:

1. Отметить в таблице истинности наборы переменных, значение функции F на которых равно 0.
2. Записать для всех отмеченных наборов дизъюнкцию всех переменных — в том случае, когда значение некоторой переменной в этом наборе равняется 0, в дизъюнкцию включается сама переменная, если происходит наоборот, то в дизъюнкцию включается ее отрицание.
3. Связать полученные дизъюнкции операциями конъюнкции.

Построим совершенную КНФ:

И как результат получим следующую СКНФ:

Рассмотрев алгоритмы построения СДНФ и СКНФ ясно, что в случае подавляющей части наборов значений переменных функция равна 0, то значительно легче построить и СДНФ для получения ее формулы, а в обратном случае — СКНФ.

Доказательство эквивалентности

Эквивалентность — понятие, означающее, что две и более формул представляют одну и ту же функцию. Для обозначения эквивалентности могут использоваться следующие знаки: \( \equiv , = , \Leftrightarrow .\)

Доказать эквивалентность формул можно двумя способами.

1. Первый заключается в построении и сравнении таблиц истинности обеих функций. В этом случае результат будет истинным только в том случае, когда оба высказывания либо ложны, либо истинны.
2. Второй вариант — метод эквивалентных преобразований. Суть этого метода — построение цепи эквивалентных формул на основе ранее доказанных эквивалентностей.

Далее следуют примеры с некоторыми эквивалентными преобразованием в булевой алгебре и новыми эквивалентностями, которые возможно получить с их помощью.

Поглощение

Склеивание

Обобщенное склеивание

\(xz\;\vee\;y\overline z\;\vee\;xy\;=\;xz\;\vee y\overline z\)

\(xz\;\vee\;y\overline z\;\vee\;xy\;=\;xz\;\vee y\overline z\;\vee\;xyz\;\vee\;xy\overline z\;=\;xz\;\vee\;y\overline z\)

Расщепление

\(x\;\vee\;\overline xy\;=\;xy\;\vee\;x\overline y\;\vee\;\overline xy\;=\;xy\;\vee\;x\overline y\;\vee\;xy\;\vee\;\overline xy\;=\;x\;\cdot\;l\;\;\vee\;y\;\cdot\;l\;=\;x\;\vee\;y\)

Примеры с решением

Задача №1

Приведите к СКНФ \(((((A\rightarrow B)\rightarrow\overline A)\rightarrow\overline B)\rightarrow\overline C)\) .

Через применение закона де Моргана и правила \( x\;\rightarrow\;y\;=\;\overline x\;\vee\;y\) упростим выражения:

\(F\;=\;((((A\;\rightarrow\;B)\;\rightarrow\;\overline A)\;\rightarrow\overline B)\;\rightarrow\;\overline C)\;=\;(((\overline A\;\vee\;B)\;\rightarrow\;\overline A)\;\rightarrow\;\overline B)\;\rightarrow\overline C\;)\;=\)

\(=\;((((\overline A\;\vee\;B)\;\rightarrow\overline A)\;\rightarrow\overline B)\;\rightarrow\;\overline C)\;=\;((\overline<((\overline A\;\vee\;B)>\;\vee\;\overline A)\;\rightarrow\overline B)\;\rightarrow\overline C)\;=\)

\(=(((\overline A\;\vee\;B)\;\vee\;\overline A)\;\rightarrow\;\overline B)\;\rightarrow\;\overline C)\;=((\overline<(\overline<(\overline A\vee B)>\;\vee\;\overline A\;)>\;\vee\;\overline B)\;\rightarrow\;\overline C)\;=\)

\(=\;((\overline<(\overline A\;\vee\;B)>\;\vee\;\overline A)\;\wedge\;B)\;\vee\;\overline C\;=\;(((A\;\wedge\;\overline B)\;\vee\;\overline A)\;\wedge B)\;\vee\;\overline C\;=\)

\(=((A\overline B\;\vee\;\overline A)\;\vee\;\overline A)\;\wedge\;B)\;\vee\;\overline C\;=(((A\;\wedge\;\overline B)\;\vee\;\overline A)\;\wedge\;B)\;\vee\;\overline C\;=\)

\(=\;((A\overline B\;\vee\;\overline A)\;\wedge\;B)\;\vee\;\overline C\;=\;(A\overline BB\;\vee\;\overline AB)\;\vee\;\overline C\;=\;(0\;\vee\;\overline AB)\;\vee\;\overline C\;=\;\overline AB\;\vee\;\overline C\)

Далее приведем выражение к КНФ:

\(F\;=\;\overline AB\;\vee\;\overline C\;\;=\;(\overline A\;\vee\;\overline C)\;\wedge\;(B\;\vee\;\overline C)\)

Далее приведем выражение к СКНФ:

\(F\;=\;(\overline A\;\vee\;\overline C)\;\wedge\;(B\;\vee\;\overline C)\;=\;(\overline A\;\vee\:\overline C\;\vee\;B\overline B)\;\wedge\;(A\overline A\;\vee\;B\;v\;\overline C)\;=\)

\(=\;(\overline A\;\vee\;\overline C\;\vee\;B)\;\wedge\;(A\;\vee\;B\;\vee\;\overline C)\;\wedge\;(\overline A\;\vee\;\overline C\;\vee\;\overline B)\;\wedge\;(\overline A\;\vee\;B\;\;\overline C)\)

Задача №2

Используя эквивалентные преобразования, постройте ДНФ функции \(f(\widetilde x^n)\)

\(f(\widetilde x^3) = (\overlinex_2\;\oplus\;x_3)\;\cdot\;(x_1x_3\;\rightarrow\;x_2)\)

\(f(\widetilde x^3) = (\overlinex_2\;\oplus\;x_3)\;\cdot\;(x_1x_3\;\rightarrow\;x_2) = ((\overlinex_2\;\cdot\;\overline\;)\;\vee\;(\overline<\overlinex_2>\;\cdot\;x_3))\;\cdot\;(\overline\;\vee\;x_2)\;=\)

\(=(\overlinex_2\overline\;\cdot(x_1\vee x_3\vee x_2)\;\vee\;x_1x_3\;\cdot\;(\overline\;\vee\;\overline\;\vee\;x_2)\;\vee\;\overlinex_3\;\cdot\;(\overline\;\vee\;\overline\;\vee\;x_2))\;=\)

1) Избавиться от всех логических операций, содержащихся в формуле, заменив их основными: конъюнкцией, дизъюнкцией, отрицанием. Это можно сделать, используя равносильные формулы:

2) Заменить знак отрицания, относящийся ко всему выражению, знаками отрицания, относящимися к отдельным переменным высказываниям на основании формул:

4) Применить, если нужно, к операциям конъюнкции и дизъюнкции свойства дистрибутивности и формулы поглощения.

Пример построения ДНФ

Приведем к ДНФ формулу :

Выразим логические операции → и ↓ через :

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма

Соверше́нная дизъюнкти́вная норма́льная фо́рма (СДНФ) — это такая ДНФ , которая удовлетворяет трём условиям:

• в ней нет одинаковых элементарных конъюнкций
• в каждой конъюнкции нет одинаковых пропозициональных букв
• каждая элементарная конъюнкция содержит каждую пропозициональную букву из входящих в данную ДНФ пропозициональных букв, причём в одинаковом порядке.

Для того, чтобы получить СДНФ функции, требуется составить её таблицу истинности. К примеру, возьмём одну из таблиц истинности:

В ячейках результата отмечаются лишь те комбинации, которые приводят логическое выражение в состояние единицы. Далее рассматриваются значения переменных при которых функция равна 1. Если значение переменной равно 0, то она записывается с инверсией. Если значение переменной равно 1, то без инверсии.

в этом случае будет представлен без инверсии: \cdot \overline \cdot x_3" />

Таким образом анализируются все ячейки . Совершенная ДНФ этой функции будет дизъюнкцией всех полученных членов (элементарных конъюнкций).

Переход от ДНФ к СДНФ

,

после чего раскрываем скобки (при этом повторяющиеся дизъюнктные слагаемые не пишем, так как по закону идемпотентности). Например:

Читайте также:

  
• Проект я здоровье берегу старшая группа доу
  
• Какой характер приобретает революционное движение после поражения революций 1848 1849 гг кратко
  
• Краеведческая деятельность в школьной библиотеке
  
• К основным функциям школы как социального института относятся
  
• Что такое пастор в истории 7 класс определение кратко