Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Алгебра_высказываний.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
21.08.2019
Размер:
81.41 Кб
Скачать
    1. Равносильность формул.

Определение:

Будем называть две формулы α и β равносильными, если при любых значениях x1, x2,…, xn, где x1, x2,…, xn – совокупность всех переменных, входящих в α и β, эти формуы принимают одинаковые значения.

Между понятием равносильности и знаком эквивалентности ~ существует следующая связь: если формулы α и β равносильны, то формула α~β принимает значение истина при всех значениях переменных, и обратно: если формула α~β принимает значение истина при всех значениях переменных, то формулы α и β равносильны.

Справедливость этого утверждения вытекает из определения операции эквивалентности ~.

Примеры равносильных формул:

  1. ¬(¬(X))≡X – закон двойного отрицания

  2. XVY≡YVX – коммутативность

  3. (XΛY)ΛZ≡XΛ(YΛZ) - ассоциативность

  4. XVY≡YVX - ассоциативность

  5. (XVY)VZ≡XV(YVZ) - ассоциативность

  6. XΛ(YVZ)≡(XΛY)V(XΛZ) - дистрибутивность

  7. XV(YΛZ)≡(XVY)Λ(XVZ) - дистрибутивность

  8. XV(XΛY)≡X – закон поглощения

  9. XΛ(XVY)≡X – закон поглощения

  10. ¬(XVY)≡¬XΛ¬Y – закон Де Моргана

  11. ¬(XΛY)≡¬XV¬Y – закон Де Моргана

  12. XVX≡X - идемпотентность

  13. XV¬X≡И – закон исключения

  14. XΛX≡X - идемпотентность

  15. XΛ¬X≡Л – закон противоречия

  16. XΛИ≡X – закон сокращения

  17. XVЛ≡X – закон сокращения

Соотношения 1-17 легко проверяются на основании определения операций ¬, Λ, V. Соотношения равносильности позволяют производить над формулами преобразования, приводящие их к более простому или более удобному виду.

Определение:

Система элементов, на которых определены действия сложения, умножения и отрицания, удовлетворяющая зависимостям(1-17), называется алгеброй Буля.

Логические операции ¬, Λ, V, →, ~ -не являются независимыми друг от друга. Одни из них можно выражать через другие так, что при этом получаются равносильные формулы.

  1. X~Y≡(X→Y)Λ(Y→X)

Доказывается на основании определения действий →, ~ и Λ.

  1. X~Y≡(¬XVY)Λ(¬YVX)

  2. X~Y≡XΛYV¬XΛ¬Y

Все операции посредством равносильных выражений можно заменить двумя: V и ¬ или Λ и ¬.

Замечание:

Если формула α содержит только операции ¬, Λ, V, то на основании закона Де Моргана ее можно преобразовать к такому виду, что знаки отрицания будут относится только к элементарным высказываниям.

  1. XV¬XΛY≡XVY

  2. ¬XVXΛY≡¬XVY

  3. XΛ(¬XVY)≡XΛY

  4. ¬XΛ(XVY)≡¬XVY

1.3. Закон двойственности.

Рассмотрим формулы, которые содержат только операции ¬, Λ, V. Будем говорить , что операция Λ двойственна операции V и наоборот.

Определение:

Формулы α и α* называются двойственными, если одна получается из другой заменой каждой операции на двойственную.

Из законов Д Моргана легко вывести следующее положение: если формулы α(x1, x2,…, xn) и α*( x1, x2,…, xn) двойственна, а x1, x2,…, xn – элементарные высказывания, то ¬ α(x1, x2,…, xn) равносильно α*( x1, x2,…, xn).

Отсюда вытекает Закон двойственности:

Если формулы α и β равносильны, то двойственные им формулы α* и β* также равносильны.

α≡β => α*≡β*

1.4. Проблема разрешения.

Определение:

Будем называть формулу тождественно истинной, если она при всех значениях входящих в нее переменных высказываний принимает значение истина.

Определение:

Будем называть формулу выполнимой, если она принимает значение истина при некоторых значениях входящих в нее переменных высказываний.

Определение:

Будем называть формулу невыполнимой или тождественно ложной, если она при всех значениях входящих в нее переменных высказываний принимает значение ложь.

Поставим перед собой задачу: указать единый алгоритм, позволяющий для каждой формулы выяснить, является она тождественно истинной или нет? Также решается выполнимость. Возьмем, к примеру, α и решим, является ли ¬α тождественно истинной. Если ¬α - тождественно истинна, следовательно α – тождественно ложна, то есть невыполнимая, а если ¬α – не является тождественно истинной, следовательно, α не тождественно ложна и значит выполнима. Поставленная задача называется проблемой разрешения, которая легко решается для алгебры высказываний.

К примеру, возьмем функцию α(x1, x2,…, xn), которая, как и ее переменные x1, x2,…, xn может принимать только два значения. Имеем 2n комбинаций значений переменных x1, x2,…, xn. Мы можем вычислить значение функции α для каждой комбинации, подставив вместо переменных их значения, и тогда можно выяснить тождественно истинная функция или нет. Но этот способ не рационален, так как число испытаний очень велико. Существует другой способ: привидение формул к нормальной форме.

Определение:

Будем называть элементарной конъюнкцией (соответственно – элементарной дизъюнкцией) произведение (сумму) переменных и их отрицаний.

Теорема 1:

Элементарная дизъюнкция тождественно истинная тогда и только тогда когда содержит некоторые элементарные высказывание вместе с его отрицанием.

Теорема 2:

Элементарная конъюнкция тождественно ложна тогда и только тогда когда содержит некоторое элементарное высказывание вместе с его отрицанием.

Определение:

Формула, равносильная исходной формуле и представляющая собой дизъюнкцию элементарных конъюнкций, называется дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ) исходной формулы.

Определение:

Формула. равносильная исходной формуле и представляющая собой конъюнкцию элементарных дизъюнкций, называется конъюнктивной нормальной формой (КНФ) исходной формулы.

Для любой формулы существует КНФ (ДНФ), то есть любая формула высказываний может быть приведена к КНФ (ДНФ) за конечное число конечных преобразований, используя алгебру высказываний.

Замечание:

Для каждой формулы α существует не одна ДНФ и не одна КНФ.