- •Оглавление
- •Глава 1. Алгебраические системы 17
- •Глава 2. Элементы комбинаторики 88
- •Глава 3. Основы теории графов 101
- •Глава 4. Основы математической логики 169
- •4.1.1.4. Эквивалентные преобразования формул 179
- •4.1.4. Выполнить подстановку: 247
- •Глава 5. Основы теории алгоритмов 252
- •Глава 6. Конечные автоматы 289
- •Введение
- •Глава 1. Алгебраические системы
- •1.1 Множества
- •1.1.1. Четкие множества
- •1.1.2. Нечеткие множества
- •1.2. Соответствия, отображения и функции
- •1.2.1. Четкие отображения и функции
- •1.2.2. Нечеткие отображения
- •1.3. Отношение
- •1.3.1. Четкие отношения
- •1.3.2. Нечеткое отношение
- •1.4. Элементы общей алгебры
- •1.5. Булева алгебра
- •1.5.1. Булевы операции
- •1.5.2. Законы булевой алгебры
- •1.5.3. Формула булевой функции
- •1.5.4. Описание булевой функции
- •1.5.5. Суперпозиция булевых функций
- •1.5.6. Свойства булевых функций
- •1.5.6.1. Самодвойственные булевы функции
- •1.5.6.2. Монотонные булевы функции
- •1.5.6.3. Линейные булевы функции
- •1.5.6.4. Функции, сохраняющие “0”
- •1.5.6.5. Функции, сохраняющие “1”
- •1.5.6.6. Функционально полные системы
- •1.5.7. Разложение булевых функции
- •1.5.7.1. Днф булевой функции
- •1.5.7.2. Кнф булевой функции
- •Алгоритм преобразования формулы к скнф:
- •1.5.8. Минимизация булевых функций.
- •1.5.8.1.Минимизация днф булевой функции
- •1.5.8.2. Минимизация кнф булевой функции
- •1.6. Алгебра четких множеств
- •1.6.1. Операции над множествами
- •1.6.2. Законы алгебры множеств
- •1.6.3. Эквивалентные преобразования формул
- •1.6.4. Композиция отображений и отношений
- •1.6.5. Поиск неизвестного множества
- •1.7. Алгебра нечетких множеств
- •1.7.1. Операции над нечеткими множествами
- •1.7.2. Композиция нечетких отображений
- •1.7.3. Композиция нечетких отношений
- •1.7.4. Свойства нечетких отношений
- •Вопросы и задачи
- •Глава 2. Элементы комбинаторики
- •2.1. Размещение из n элементов по k
- •2.2. Перестановка элементов
- •2.3 Сочетание из n элементов по k
- •2.4. Разбиение множества
- •2. 5 Правила комбинаторики
- •Вопросы и задачи
- •Глава 3. Основы теории графов
- •3.1. Граф и его характеристики
- •3.2. Описание графа
- •3. 3. Числа графа
- •3.4. Операции над графами
- •3.4.1. Унарные операции
- •3.4.1.1 Поиск дополнительного графа
- •3.4.1.2. Введение и удаление вершин графа
- •3.4.1.3. Стягивание вершин графа
- •3.4.1.4. Введение и удаление ребер графа
- •3.4.1.5. Поиск плотности и неплотности графа
- •3.4.1.6. Поиск числа компонент связности графа
- •3.4.1.7. Поиск устойчивости графа
- •3.4.1.8. Поиск цикломатического числа графа
- •3.4.1.9. Поиск хроматического числа графа
- •3.4.2. Бинарные операции
- •3.4.2.1. Объединение графов
- •3.4.2.2. Пересечение графов
- •3.4.2.3. Композиция графов
- •3.4.2.4. Соединение графов
- •3.4.2.5. Прямое произведение графов
- •3.4.2.6. Изоморфизм графов
- •3.5. Некоторые алгоритмы на графах
- •3.5.1. Построение покрывающего остова
- •3.5.2. Построение остова минимального веса
- •3.5.3. Поиск кратчайших путей в сети.
- •3.5.4. Поиск максимального потока в сети
- •3.5.5. Метод критического пути в управлении
- •3.6. Нечеткие графы
- •Вопросы и задачи
- •Глава 4. Основы математической логики
- •4.1. Логика высказываний
- •4.1.1. Алгебра высказываний
- •4.1.1.1. Логические операции
- •4.1.1.2. Правила записи сложных формул.
- •4.1.1.3. Законы алгебры высказываний
- •4.1.1.4. Эквивалентные преобразования формул
- •4.1.1.5. Нормальные формы формул
- •4.1.2. Исчисление высказываний
- •4.1.2.1. Интерпретация формул
- •4.1.2.2. Аксиомы и правила введения и удаления логических связок
- •4.1.2.3. Метод дедуктивного вывода
- •4.1.2.4. Принцип резолюции
- •4. 2. Логика предикатов
- •4.2.1. Алгебра предикатов
- •4.2.1.1. Законы алгебры предикатов
- •4.2.1.2. Предваренная нормальная форма формулы
- •4.2.1.3 Сколемовская стандартная форма формулы
- •4. 2. 2. Исчисление предикатов
- •4.2.2.1. Правила подстановки
- •4.2.2.2. Правила введения и удаления кванторов
- •4.2.2.3. Правила заключения
- •4.2.2.4. Метод дедуктивного вывода
- •4.2.2.5. Принцип резолюции
- •4.2.2.6. Логическое программирование
- •4.3. Логика реляционная
- •4.3.1 Реляционная алгебра
- •4.3.1.1. Унарные операции
- •4.3.1.2. Бинарные операции
- •4.3.1.3. Правила реляционной алгебры
- •4.3.2. Реляционное исчисление
- •4.3.3. Языки реляционной логики
- •4.4. Нечеткая логика
- •4.4.1. Нечеткое исчисление
- •4.4.2. Экспертные системы
- •Вопросы и задачи
- •Глава 5. Основы теории алгоритмов
- •5.1. Рекурсивные функции
- •5.1.1. Базовые функции
- •5.1.2. Элементарные операции
- •5.2. Машина Тьюринга
- •5.2.1. Описание машины Тьюринга
- •5.2.2. Примеры машин Тьюринга
- •5.2.3. Композиция машин Тьюринга
- •5.3. Нормальные алгоритмы Маркова
- •5.4 Сложность вычислений
- •Вопросы и задачи
- •Глава 6. Конечные автоматы
- •6.1. Абстрактный автомат
- •6.1.1. Типы конечных автоматов
- •6.1.2. Описание автоматов
- •6.1.3. Автоматное моделирование алгоритмов
- •6.1.3.1. Автомат Мили - модель управляющего автомата
- •6.1.3.2. Автомат Мура - модель управляющего автомата
- •6.1.3.3. Микропрограммный автомат
- •6.1.4. Эквивалентность автоматов
- •6.1.5. Эквивалентность внутренних состояний автомата
- •6.1.5.1. Детерминированный автомат
- •6.1.5.2. Недетерминированный автомат
- •6.2. Структурный автомат
- •6.2.1. Произведение автоматов
- •6.2.1.1. Последовательное соединение автоматов
- •6.2.1.2. Параллельное соединение автоматов
- •Обратная связь автоматов
- •6.2.3. Сумма автоматов
- •6.2.4. Структурный автомат и кодирование
- •6.3. Логическое проектирование автоматов
- •6.3.1. Кодирование алфавитов автомата
- •6.3.2. Автоматы без “памяти”.
- •6.3.2.1. Формирование оператора
- •6.3.2.2. Формирование системы операторов
- •Логическая схема комбинационного автомата
- •6.3.3. Автоматы с “памятью”
- •6.3.3.1. Формирование оператора
- •6.3.3.2. Формирование оператора
- •.3.3.3. Логическая схема автомата с “памятью”
- •Вопросы и задачи
- •Литература
- •Предметный указатель
Вопросы и задачи
4.1.1. Написать формулы суждений:
а) “подготовка специалистов высокой квалификации возможна лишь на базе всемерного развития вузовской науки, усиления связи вузовской, академической и отраслевой науки, обеспечения единства научной и учебной работы, широкого привлечения студентов к научным исследованиям";
b) "хлеба уцелеют в различных климатических и погодных усло -виях тогда и только тогда, когда будут выполнены все мелиоративные работы; если хлеба не уцелеют, то фермеры обанкротятся и оставят фермы; следовательно, необходимо выполнить все мелиоративные работы";
c) “если я поеду автобусом и автобус опоздает, то я опоздаю на работу; если я опоздаю на работу и стану огорчаться, то я не попадусь на глаза моему начальнику; если я не сделаю в срок важную работу, то я начну огорчаться и попадусь на глаза моему начальнику. Следовательно, если я поеду автобусом, а автобус опоздает, то я сделаю в срок важную работу”.
4.1.2. Доказать эквивалентность формул:
а) (AB)(AB)=A;
b) (AB)(BC)(CA)=(AB)(BC)(CA);
c) (AB)(AC)(BD)(CD)=((AD)(BC)).
4.1.3. Привести формулу к виду ДНФ и КНФ:
а) (((AB)(CA))(BC));
b) (((((AB)A)B)C)C);
c) (A(BC))(AC)(AB).
4.1.4. Выполнить подстановку:
А BC(АB);
(BA (BC))А (BA) (ABC);
АB (AB) (BA).
4.1.5. Доказать вывод по методу дедукции и принципу резолюции:
а ) (AB); (AC); (BD)
( C D );
b ) (AB); (CB)
( A C );
c ) ((AB)(CD)); ((DE)F)
(AF).
г ) (AB); (AB); (BA)
(AB).
4.2.1. Написать формулы суждений:
a) "все судьи - юристы, но не все юристы – судьи”;
b) “Судья, являющийся родственником потерпевшего, не может участвовать в рассмотрении дела. Судья X - родственник потерпевшего. Следовательно, судья X не может участвовать в рассмотрении дела”;
c) “К уголовной ответственности привлекаются лица, совершившие тайное похищение личного имущества граждан. Обвиняемый X не совершал тайного похищения личного имущества граждан. Следовательно, обвиняемый X не может быть привлечен к уголовной ответственности”;
d) “Если иск предъявлен недееспособным лицом, то суд оставляет иск без рассмотрения. Иск предъявлен недееспособным лицом. Следовательно, суд оставляет иск без рассмотрения”.
4.2.2. Привести формулу к виду ПНФ:
a) x(y(P1.(x; y)))x(y(P2.(x; y)));
b) x(y(P1.(x; y)))x(y(P2.(x; y)));
c) x(y(P1.(x; y))x(y(P2.(x; y)));
d) x(y(P1.(x; y)))x(y(P2.(x; y)));
e) x(P1.(x)(P2.(x))x(P1.(x))y (P2.(x));
4.3. Привести формулу к виду ССФ:
a) (xy(P1.(x; y))(xy(P2.(x; y)));
b) (xyzw(P(x; y; z; w));
c) x(P1(x))x(P2.(x))x(P1(x)P2.(x));
d) y(P1.(x))y (P2.(x))y(P1.(x)(P2.(x));
4.2.4. Доказать выводимость заключения методом дедукции и по принципу резолюции:
a ) x(P1.(x) P2.(x)); x(P3.(x)P1.(x))
x(P3.(x) P2.(x));
b ) x(P1.(x)P2.(x) P3.(x)); x(P1.(x) P4.(x))
x(P4.(x)P3.(x));
4.3.1. Выполнить операции над отношениями r1, r2, r3, r4. Написать формулы на языке реляционного исчисления с переменными-кортежами и на языке SQL.
union(r1, r2),
minus(r3, r4),
intersection(r2, r3),
join(r1, r4, r1.A4=r4.A4).
select(r3, A5>1),
select(join(r1, r4, r1.A4=r4.A4), A2=c3),
project(join(r2, r3, r2.A4>r3.A5), A1,A3,A5),
product(r2, r4),
r1 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
|
r2 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
|
b1 |
c1 |
d1 |
1 |
4 |
|
|
b2 |
c3 |
d4 |
2 |
3 |
|
b2 |
c2 |
d2 |
2 |
3 |
|
|
b3 |
c3 |
d3 |
3 |
2 |
|
b3 |
c3 |
d3 |
3 |
2 |
|
|
b4 |
c4 |
d4 |
4 |
1 |
|
b4 |
c4 |
d4 |
4 |
1 |
|
|
b1 |
c2 |
d3 |
4 |
1 |
|
b1 |
c2 |
d3 |
1 |
4 |
|
|
b3 |
c2 |
d1 |
3 |
2 |
|
b2 |
c3 |
d4 |
2 |
3 |
|
|
b4 |
c3 |
d2 |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r3 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
|
r4 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
|
b4 |
c3 |
d2 |
3 |
2 |
|
|
b3 |
c2 |
d1 |
3 |
2 |
|
b3 |
c3 |
d3 |
3 |
2 |
|
|
b3 |
c3 |
d3 |
3 |
2 |
|
b1 |
c2 |
d3 |
1 |
4 |
|
|
b1 |
c2 |
d3 |
1 |
4 |
|
b1 |
c2 |
d3 |
4 |
1 |
|
|
b2 |
c2 |
d2 |
2 |
3 |
|
b4 |
c3 |
d2 |
4 |
2 |
|
|
b1 |
c1 |
d1 |
1 |
4 |
|
b2 |
c3 |
d4 |
2 |
3 |
|
|
b4 |
c3 |
d2 |
3 |
2 |
4.3.2. По таблицам “Расписание движения самолетов из Калининграда (аэропорт Храброво)” – РАСПИСАНИЕ_1 и “Расписание движения самолетов из Москвы (аэропорт Шереметьево)” - РАСПИСАНИЕ_2 ответить на вопросы:
а) Как организовать перелет Калининград–Москва–
С.-Петербург?
b) Как организовать перелет Калиниград-Москва-Красноярск?
c) Как организовать перелет Калининград-Москва-Киев?
d) Как организовать перелет Калининград-Москва-Новоси- бирск так, чтобы в четверг принять участие в работе конференции в10.00?
e) Как организовать перелет в среду Калининград-Москва-Красноярск?
f) Как организовать перелет Калининград-Москва-Тель-Авив?
g) На каких маршрутах вылетают самолеты из Калининграда после 18.00?
h) На каких маршрутах и когда вылетают самолеты из Калининграда по вторникам?
Для каждого вопроса написать формулы реляционной алгебры и реляционного исчисления с переменными-кортежами, написать программу на языке SQL, составить результирующие таблицы.
Примечание: резерв времени при переезде в Москве из одного аэропорта в другой не менее 3 часов;
РАСПИСАНИЕ_1
АЭРОПОРТ НАЗНАЧЕНИЯ |
ОТПРАВЛЕНИЕ (ВРЕМЯ) |
|||
НОМЕР РЕЙСА |
ДНИ ВЫЛЕТА |
ВРЕМЯ (МЕСТНОЕ) ВЫЛЕТА |
ВРЕМЯ ПРИЛЕТА |
|
Москва ВН |
К8986 |
1,2,3,4,5,6.7 |
08.15 |
11.05 |
Москва ВН |
|
1,2,3,4,5,6,7 |
16.00 |
18.50 |
Москва ДМ |
К8990 |
2,5 |
13.00 |
15.50 |
Новосибирск |
К8351 |
5,6 |
19.00 |
05.30 |
Новосибирск |
К8353 |
4 |
21.00 |
05.45 |
С-Петербург |
К8485* |
1,3,5 |
09.15 |
12.00 |
С-Петербугр |
ПЛ8670 |
4 |
13.40 |
16.25 |
С-ПетербургГ |
ПЛ8672 |
6 |
16.00 |
18.45 |
С-Петербург |
ПЛ8668 |
2 |
19.05 |
21.50 |
РАСПИСАНИЕ_2
АЭРОПОРТ НАЗНАЧЕНИЯ |
НОМЕР РЕЙСА |
ДНИ ВЫЛЕТА |
ВРЕМЯ ВЫЛЕТА |
ВРЕМЯ (местное) ПРИЛЕТА |
Киев |
UN201 |
1,2,3,4,5 |
09.10 |
09.30 |
Киев |
UN211 |
1,2,3,4,5 |
18.30 |
18.50 |
Красноярск1 |
UN5111 |
2,4,6 |
20.00 |
04.25 |
Красноярск1 |
UN5147 |
1,2,3,4,5,6,7 |
23.35 |
08.15 |
Новосибирск |
UN107 |
6 |
21.50 |
05.55 |
Новосибирск |
UN107 |
3 |
22.50 |
05.50 |
Санкт-Петербург** |
UN121 |
1,2,3,4,5 |
07.50 |
09.00 |
Санкт-Петербург** |
UN141 |
1,2,3,4,5 |
19.00 |
20.15 |
Тель-Авив |
UN311 |
4,6,7 |
19.30 |
22.45 |
4.4.1 Пусть U = { u1 , u2 , u3 , u4 , u5 , u6 , u7 , u8 } и даны нечеткие множества
A’={1/u1, 0,1/u2, 0,2/u3, 0,3/u4, 0,4/u5} и
B’={0,1/u1, 0,2/u2, 0,3/u6, 0,6/u7, 0,8/u8}.
Выполнить операции объединения, пересечения, дополнения, разности и симметрической разности над нечеткими множествами.
4.4.2. Выполнить алгебраические операции над нечеткими соответствиями h1 и h2, заданными таблицами:
-
h1
y1
y2
y3
y4
y5
h2
y1
y2
y3
y4
y5
x1
0,2
0,4
0,6
0,2
0,4
x1
0,4
0,2
0,8
0,2
0,4
x2
0,3
0,5
0,7
0,5
0,3
x2
0,5
0,7
0,3
0,7
0,5
x3
0,2
0,5
0,4
0,5
0,2
x3
0,5
0,2
0,6
0,2
0,5
x4
0,3
0,6
0,9
0,6
0,3
x4
0,4
0,7
0,8
0,7
0,4
4.4.3. Найти композицию двух нечетких соответствий h1 и h2, заданных таблицами:
-
h1
y1
y2
y3
h2
z1
z2
z3
z4
x1
1,0
0,8
0,2
y1
0,3
0,3
0,3
0,2
x2
0,2
1,0
0,4
y2
0,2
0,2
0,4
0,3
x3
0,0
1,0
0,3
y3
0,1
0,3
0,2
0,6
x4
0,2
0,9
0,5
x5
0,3
0,7
1,0
4.4.4. Выполнить алгебраические операции над r1 и r2:
|
r1 |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
|
|
|
r2 |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
|
|
|
x1 |
1 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,4 |
|
|
|
x1 |
1 |
0,2 |
0,8 |
0,2 |
0,4 |
|
|
|
x2 |
0,3 |
1 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
|
|
|
x2 |
0,5 |
1 |
0,8 |
0,7 |
0,2 |
|
|
|
x3 |
0,2 |
0,5 |
1 |
0,5 |
0,2 |
|
|
|
x3 |
0,2 |
0,2 |
1 |
0,2 |
0,5 |
|
|
|
x4 |
0,7 |
0,5 |
0,9 |
1 |
0,3 |
|
|
|
x4 |
0,4 |
0,7 |
0,8 |
1 |
0,4 |
|
|
|
x5 |
0,6 |
0,7 |
0,2 |
0,3 |
1 |
|
|
|
x5 |
0,1 |
0,1 |
0,5 |
0,4 |
1 |
|
|
4.4.5. Найти степень достижимости вершин графа через промежуточные вершины согласно матрице нечеткой смежности:
-
r
x1
x2
x3
x4
x5
x1
1
0,2
0,4
0,6
0,8
x2
0,8
1
0,3
0,5
0,7
x3
0,6
0,7
1
0,4
0,6
x4
0,4
0,5
0,6
1
0,5
x5
0,2
0,3
0,4
0,5
1