logo

Chương 3. Đại số Booble


Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc Chöông 3. ÑAÏI SOÁ BOOLE I. MÔÛ ÑAÀU Ñaïi soá Boole laø caùc pheùp toaùn vaø quy taéc laøm vieäc vôùi taäp {0,1}, ñöôïc aùp duïng trong caùc nghieân cöùu veà maùy tính, dung cuï ñieän töû, quang hoïc. Ba pheùp toaùn ñöôïc duøng nhieàu nhaát trong ñaïi soá Boole laø: 1) Phaàn buø cuûa moät phaàn töû, kyù hieäu baèng moät gaïch ngang treân ñaàu, ñöôïc ñònh nghóa bôûi: 0 = 1 vaø 1 = 0 2) Toång Boole, kyù hieäu laø + hoaëc OR (hoaëc) ñöôïc xaùc ñònh bôûi: 1 + 1 = 1; 1 + 0 = 1; 0 + 1 = 1; 0 + 0 = 0. 3) Tích Boole, kyù hieäu laø . hoaëc AND (vaø), ñöôïc xaùc ñònh: 1 . 1 = 1; 1 . 0 = 0; 0 . 1 = 0; 0 . 0 = 0. Chuù yù : Thöù töï thöïc hieän caùc pheùp toaùn Boole: • Laáy phaàn buø. • Tích Boole. • Toång Boole. Pheùp laáy phaàn buø, toång vaø tích Boole töông öùng vôùi caùc toaùn töû logic , v vaø ∧, 0 öùng vôùi chaân trò sai vaø 1 öùng vôùi chaân trò ñuùng Ví duï : Tìm giaù trò cuûa 1.0 + (0 + 1) Giaûi : 1.0 + (0 + 1) = 0 + 1 = 0 + 0 = 0 II. HAØM BOOLE VAØ BIEÅU THÖÙC BOOLE 1. Haøm Boole Ñònh nghóa 1. Cho B={0,1}. Moät aùnh xaï : f: Bn → B ( x1 , x2 ,..., xn ) ֏ f ( x1 , x2 ,..., xn ) Goïi laø haøm Boole baäc n theo n bieán x1 , x2 ,..., xn Chuù yù : o Caùc haøm Boole coøn goïi laø haøm logic hay haøm nhò phaân. o Caùc bieán xuaát hieän trong haøm Boole goïi laø caùc bieán Boole. o Moãi haøm Boole lieân keát vôùi moät baûng cho bieát söï phuï thuoäc cuûa haøm theo caùc bieán Boole, goïi laø baûng chaân trò cuûa haøm Boole. Ví duï 1: Haøm Boole hai bieán f(x,y) ñöôïc xaùc ñònh bôûi baûng sau: x Y f(x,y) 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn 29 Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc Ví duï 2: caùc cöû tri A1, A2, A3 tham gia boû phieáu trong cuoäc baàu cöû coù öùng cöû vieân D. Caùc bieán Boole töông öùng laø x1, x2, x3. 1 neáu Ai baàu cho D Vôùi xi = 0 neáu Ai khoâng baàu cho D. 1 neáu D truùng cöû (D ñöôïc ít nhaát hai phieáu baàu) Ñaët f(x1,x2,x3) = 0 neáu D khoâng truùng cöû (D ñöôïc ít hôn hai phieáu baàu) Ta coù haøm Boole f : B3 → B töông öùng vôùi baûng chaân trò sau: x1 x2 x3 f(x1, x2, x3) 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Ñònh nghóa 2: Hai haøm Boole f :Bn →B vaø g :Bn →B ñöôïc goïi laø baèng nhau neáu f ( x1 , x2 ,..., xn ) = g ( x1 , x2 ,..., xn ) vôùi moïi x1 , x 2 ,..., xn ∈ B Ñònh nghóa 3: Phaàn buø cuûa haøm Boole f :Bn →B kyù hieäu laø f ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : f ( x1 , x2 ,..., x n ) = f ( x1 , x2 ,..., x n ) vôùi moïi x1 , x2 ,..., xn ∈ B Ñònh nghóa 4: Toång Boole f+g vaø tích Boole f.g ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : ( f + g )( x1 , x2 ,..., xn ) = f ( x1 , x2 ,..., xn ) + g ( x1 , x2 ,..., xn ) vôùi moïi x1 , x 2 ,..., xn ∈ B ( f .g )( x1 , x2 ,..., x n ) = f ( x1 , x2 ,..., xn ).g ( x1 , x2 ,..., x n ) vôùi moïi x1 , x 2 ,..., xn ∈ B 2n Chuù yù : soá haøm Boole n bieán khaùc nhau laø 2 Ví duï Neáu f(x) laø haøm Boole moät bieán thì coù 4 haøm cho theo baûng sau x f1 f2 f3 f4 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 30 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc 2. Bieåu thöùc Boole Caùc bieåu thöùc Boole vôùi caùc bieán x1, x2, …, xn ñöôïc ñònh nghóa ñeä quy nhö sau : 0, 1, x1, x2, …, xn laø caùc bieåu thöùc Boole. Neáu E1 vaø E2 laø caùc bieåu thöùc Boole thì E1 , E1+E2 vaø E1.E2 cuõng laø caùc bieåu thöùc Boole. Chuù yù : • Moãi bieåu thöùc Boole bieåu dieãn moät haøm Boole • Hai bieåu thöùc Boole bieåu dieãn cuøng moät haøm Boole thì töông ñöông nhau. Ví duï : Tìm giaù trò cuûa haøm Boole ñöôïc bieåu dieãn bôûi : f(x,y,z) = xy + z Giaûi: x y z xy z f(x,y,z)=xy+z  1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 3. Bieåu dieãn caùc haøm Boole Vaán ñeà: cho caùc giaù trò moät haøm Boole n bieán x1, x2, …, xn. Laøm theá naøo ñeå tìm ñöôïc bieåu thöùc bieãu dieãn haøm ñoù ? Ñònh nghóa 1: • Moät bieán Boole hoaëc phaàn buø cuûa noù ñöôïc goïi laø moät tuïc bieán. • Tích Boole y1 y2… yn trong ñoù yi=xi hoaëc yi=xi vôùi x1, x2, …, xn laø caùc bieán Boole ñöôïc goïi laø moät tieåu haïng Ghi chuù : Toång caùc tieåu haïng bieåu dieãn haøm Boole ñöôïc goïi laø khai trieån caùc tích hay daïng tuyeån chuaån taéc cuûa haøm Boole. Ví duï 1: Tìm bieåu thöùc Boole bieãu dieãn haøm Boole f(x,y) xaùc ñònh theo baûng: x y f(x,y) 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 Giaûi : Haøm coù giaù trò 1 khi x=1 vaø y=0 vaø coù giaù trò 0 trong moïi tröôøng hôïp coøn laïi neân haøm coù 1 tieåu haïng laø x y . Vaäy f(x,y) = x y Ví duï 2 : Tìm daïng tuyeån chuaån taéc cuûa caùc haøm Boole f, g ñöôïc xaùc ñònh qua baûng sau : Bieân soaïn: Tröôøng Sôn 31 Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc x y z f(x,y,z) g(x,y,z) 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Giaûi : Bieåu dieãn cuûa haøm f laø f(x,y,z)= x yz Bieåu dieãn cuûa haøm g laø g(x,y,z)= xy z + x y z Ví duï 3 : Tìm khai trieån toång caùc tích haøm Boole f(x,y,z) = ( x + y ) z Giaûi: Tìm giaù trò haøm f theo baûng x y z x+y z f = ( x + y) z 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 f laø toång ba tieåu haïng öùng vôùi ba doøng coù giaù trò 1 Bieåu dieãn cuûa haøm f laø f(x,y,z)= xy z + x yz + x yz 4. Caùc haèng ñaúng thöùc cuûa ñaïi soá Boole Haèng ñaúng thöùc Teân goïi x=x luaät buø keùp x+x=x luaät luõy ñaúng x.x=x x+0=x luaät ñoàng nhaát x.1=x x+1=1 luaät nuoát x.0=0 x+y=y+x luaät giao hoaùn xy=yx 32 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc x+(y+z)=(x+y)+z luaät keát hôïp x(yz)=(xy)z x(y+z)=xy+xz luaät phaân phoái x+(yz)=(x+y)(x+z) x(x+y)=x luaät huùt thu x+(xy)=x ( xy ) = x + y luaät De Morgan ( x + y ) = x. y Chöùng minh : Laäp baûng chaân trò. Ví duï : Chöùng minh luaät huùt thu (haáp thuï): x(x+y)=x; x+(xy)=x Giaûi : x(x+y) = xx + xy (phaân phoái) = x + xy (luõy ñaúng) = x.1 + xy (ñoàng nhaát) = x(1+y) (phaân phoái) = x.1 (nuoát) =x x+(xy) = (x+x)(x+y) (phaân phoái) = x (x+y) (luõy ñaúng) =x (theo c/m treân) 5. Tính ñoái ngaãu cuûa ñaïi soá Boole Ñoái ngaãu cuûa moät bieåu thöùc Boole laø moät bieåu thöùc Boole nhaän ñöôïc baèng caùc toång vaø tích ñoåi choã cho nhau,, caùc soá 0 vaø 1 ñoãi choã cho nhau. Ví duï: Ñoái ngaãu cuûa ( x. y ) + z laø ( x + y ).z Ñoái ngaãu cuûa ( x.1) + ( y + z ) laø ( x + 0).( y.z ) Nguyeân lyù ñoái ngaãu: Moät haèng ñaúng thöùc giöõa hai bieåu thöùc Boole vaãn coøn ñuùng neáu ta laáy ñoái ngaãu cuûa caû hai veá. Ví duï : Ta coù luaät huùt thu : x (x+y) = x Laáy ñoái ngaãu hai veá ta cuõng coù luaät huùt thu: x+(x.y) = x Bieân soaïn: Tröôøng Sôn 33 Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc III. ÑÒNH NGHÓA TRÖØU TÖÔÏNG CUÛA ÑAÏI SOÁ BOOLE Ñònh nghóa : Moät ñaïi soá Boole laø moät taäp A cuøng hai pheùp toaùn hai ngoâi v, ∧ thoõa maûn caùc tính chaát sau : ∀x,y,z ∈ A a. Tính keát hôïp: x ∨ (y ∨ z) = (x ∨ y) ∨ z x ∧ (y ∧ z) = (x ∧ y) ∧ z b. Tính giao hoaùn: x∨y=y∨x x∧y=y∧x c. Tính phaân phoái: x ∨ (y ∧ z) = (x ∨ y) ∧ (x ∨ z) x ∧ (y ∨ z) = (x ∧ y) ∨ (x ∧ z) d. Tính ñoàng nhaát:toàn taïi hai phaàn töû trung hoøa kyù hieäu 0 vaø 1 sao cho x∨0=x x∧1=x e. Tính nuoát : ∀x ∈ A, ∃ x ∈ A : x∨ x =1 x∧ x =0 IV. CAÙC COÅNG LOGIC VAØ TOÅ HÔÏP CAÙC COÅNG LOGIC Caùc duïng cuï ñieän töû ñöôïc taïo bôûi nhieàu maïch toå hôïp, moãi maïch bao goàm nhieàu phaàn töû cô baûn ñöôïc goïi laø caùc coång logic. Giaù trò ñaàu ra chæ phuï thuoäc duy nhaát vaøo giaù trò ñaàu vaøo. 1. Caùc coång logic a. Boä ñaûo x x b. Coång OR x x+y y c. Coång AND x x+y y 34 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc 2. Toå hôïp caùc coång logic Ví duï : thieát keá moät maïch toå hôïp coù ñaàu ra laø bieåu thöùc boole: xy + y z Giaûi : xy laø coång AND, x laø boä ñaûo, y z laø coång AND x xy y xy+xy x xy y V. TOÁI THIEÅU HOÙA HAØM BOOLE 1. Phöông phaùp bieán ñoåi ñaïi soá Döïa vaøo caùc luaät, caùc haèng ñaúng thöùc cuûa ñaïi soá Boole ñeå toái thieåu hoùa caùc bieán vaø pheùp toaùn. Ví duï 1: a) Toái thieåu hoùa haøm Boole: f(x,y,z) = xyz + x yz b) Thieát keá maïch toå hôïp cuûa f(x,y,z) = xyz + x yz vaø cuûa daïng toái thieåu hoùa cuûa noù. Ví duï 2: c) Toái thieåu hoùa haøm Boole: f(x,y) = x y + xy + x y d) Thieát keá maïch toå hôïp cuûa f(x,y,z) = x y + xy + x y vaø cuûa daïng toái thieåu hoùa cuûa noù. 2. Phöông phaùp baûng Karnaugh Thöôøng aùp duïng khi haøm Boole coù 6 bieán trôû xuoáng. Baûng Karnaugh vôùi haøm Boole hai bieán: y y x xy xy x xy xy Hai oâ goïi laø keà nhau neáu caùc tieåu haïng maø chuùng bieåu dieãn chæ khaùc nhau moät tuïc bieán Quy taéc: neáu hai oâ keà nhau coù giaù trò 1 thì ta coù theå rut1 goïn thaønh 1 oâ Ví duï 1: Duøng baûng Karnaugh ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole : f(x,y) = xy +xy Giaûi: baûng Karnaugh cuûa haøm f Bieân soaïn: Tröôøng Sôn 35 Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc y y x 1 x 1 Ta coù daïng toái thieåu hoùa f(x,y) = y Ví duï 2: Duøng baûng Karnaugh ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole : f(x,y) = x y + x y + xy Giaûi: baûng Karnaugh cuûa haøm f y y x 1 x 1 1 Ta coù daïng toái thieåu hoùa f(x,y) = x + y Ví duï 3: Duøng baûng Karnaugh ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole : f(x,y,z) = xy z + x yz + x yz + xyz Giaûi: baûng Karnaugh cuûa haøm f yz yz yz yz x 1 1 x 1 1 Toå hôïp 2 oâ keà nhau: xy z + x y z = x z Toå hôïp 2 oâ keà nhau: x y z + x y z = y z Ta coù daïng toái thieåu hoùa f(x,y) = x z + y z + x yz Ví duï 4: Duøng baûng Karnaugh ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole : f(x,y,z) = x yz + x yz + x yz + xyz + xyz 3. Phöông phaùp Quine-Mc Cluskey Phöông phaùp baûng Karnaugh coù haïn cheá laø khoù söû duïng khi soá bieán lôùn hôn 4 vaø laïi döïa vaøo tröïc quan ñeå nhaän daïng caùc soá caàn nhoùm laïi. Phöong phaùp Quine – Mc.Cluskey giaûi quyeát ñöôïc caùc khuyeát ñieåm treân. Ví duï 1: Toái thieåu hoùa haøm Boole sau: f ( x, y, z ) = xyz + x yz + x yz + xyz + xyz Giaûi: Böôùc 1: Tìm caùc öùng vieân Böôùc 1.a : Laäp baûng bieåu dieån caùc tieåu haïng baèng caùc xaâu bit theo nguyeân taéc sau : • caùc tuïc bieán khoâng coù daáu phuû ñònh thì thay baèng 1. • coù daáu phuû ñònh thì thay baèng 0. Nhoùm caùc tieåu haïng coù cuøng soá caùc soá 1 36 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc Tieåu haïng Xaâu bit Soá caùc soá 1 xyz 111 3 x yz 101 2 x yz 011 2 xyz 001 1 xyz 000 0 Böôùc 1.b : Hai tieåu haïng trong hai nhoùm keà nhau coù theå toå hôïp laïi neáu chuùng chæ khaùc nhau moät tuïc bieán, khi ñoù ta thay vi trí cuûa tuïc bieán ñoù trong xaâu bit baèng daáu – Böôùc 1a Böôùc 1b Böôùc 1c Xaâu Soá caùc Tieåu haïng Tieåu haïng Xaâu bit Tieåu haïng Xaâu bit bit soá 1 1 xyz 111 3 (1,2) xz 1-1 (1,2,3,4) z --1 2 x yz 101 2 (1,3) yz -11 (1,3,2,4) z --1 3 x yz 011 2 (2,4) yz -01 4 xyz 001 1 (3,4) xz 0-1 5 xyz 000 0 (4,5) xy 00- (4,5) xy 00- Ta tìm ñöôïc caùc öùng vieân laø z vaø xy . Böôùc 2 Kieåm tra caùc öùng vieân treân coù phuû heát caùc tieãu haïng goác cuûa haøm f(x,y,z) Tieåu haïng goác xyz x yz x yz xyz xyz ÖÙng vieân z x x x x xy x x Vaäy toái thieåu hoùa haøm f(x,y,z) laø z + xy Ví duï 2: Toái thieåu hoùa haøm Boole f ( w, x, y, z ) = wxy z + w x yz + w x y z + wxyz + wx yz + wx yz + wxyz Giaûi: Böôùc 1 Böôùc 1a Böôùc 1b Böôùc 1c Xaâu Soá caùc Tieåu haïng Tieåu haïng Xaâu bit Tieåu haïng Xaâu bit bit soá 1 1 wxy z 1110 3 (1,4) wy z 1-10 (3,5,6,7) wz 0--1 2 w x yz 1011 3 (2,4) wxy 101- (3,6,5,7) wz 0--1 3 wxyz 0111 3 (2,6) x yz -011 4 wxy z 1010 2 (3,5) wxz 01-1 5 wx yz 0101 2 (3,6) wyz 0-11 6 wx yz 0011 2 (5,7) w yz 0-01 7 wxyz 0001 1 (6,7) w xz 00-1 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn 37 Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc Böôùc 2: Kieåm tra caùc öùng vieân treân coù phuû heát caùc tieåu haïng goác cuûa haøm f(x,y,z) Tieåu haïng wxy z w x yz wxy z wxyz wx yz wx yz wxyz ÖÙng vieân wz x x x x wy z x x wxy x x x yz x x Keát quaû : Coù hai nghieäm f ( w, x, y, z ) = wz + wy z + w x y vaø f ( w, x, y, z ) = wz + wy z + x yz BAØI TAÄP CHÖÔNG 3 - Ñaïi soá Boole Baøi 1. Tìm giaù trò caùc bieåu thöùc sau : a) 1. 0 ; b) 1 +1; c) 0. 0 ; d) (1 + 0) . Baøi 2. Tìm giaù trò caùc haøm Boole döôùi ñaây khi caùc bieán x, y, z vaø t laáy caùc giaù trò 1, 1, 0 vaø 0. a) xy + xy ; b) t + x y ; c) t x + y + yz; d) tx + xy + yz . Baøi 3. Tìm taát caû caùc giaù trò cuûa y vaø z ñeå caùc bieåu thöùc döôùi ñaây luoân luoân laáy giaù trò 1, bieát raèng x=1. a) x y + yz; b) xy + z. Baøi 4. Tìm tích Boole cuûa caùc bieán x, y, z hoaëc phaàn buø cuûa chuùng , bieát raèng tích ñoù coù giaù trò 1 neáu vaø chæ neáu : a) x = 0, y = 1, z = 0 ; b) x = 0, y = z = 1 ; Baøi 5. Tìm khai trieån toång caùc tích cuûa caùc haøm Boole. sau: a) f(x,y,z) = x + y + z ; b) g(x, y, z) = xy . Baøi 6. Tìm moät toång Boole chöùa x hoaëcx, y hoaëcy vaø z hoaëcz coù giaù trò 0 neáu vaø chæ neáu: a) x = y = 1, z = 0 ; b) x=z=0, y=1. Baøi 7. Chöùng minh luaät De Mogan cuûa ñaïi soá Boole : 38 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc xy = x + y ; ( x + y ) = x .y. Baøi 8. Trong ñaïi soá Boole B = {0,1}, haõy tìm phaàn buø cuûa : a) y.z + z. t b) yz + y x + x z . Baøi 9. Tìm ñoái ngaãu cuûa caùc bieåu thöùc sau : a) x. y. z + x.y.z ; b) x.z + z .0 + x.1 . Baøi 10. Tìm ñaàu ra cuûa caùc maïch toå hôïp sau : a) x y z b) x y z x y z x y z Baøi 11. Döïng caùc maïch goàm caùc boä ñaûo, caùc coång AND vaø OR ñeå taïo ra caùc ñaàu ra sau: a) x.y + xy ; b) (x+ y + z) . (xyz) ; c) x. y + (z + x); d) x . ( y + z ) Baøi 12. Döïng maïch toå hôïp trong ñoù chæ söû duïng coång AND vaø boä ñaûo ñeå taïo ñaàu ra laø toång Boole x+y. Baøi 13. Duøng baûng Karnaugh ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole hai bieán sau : a) f(x,y) = x.y + xy ; b) f(x,y) = x.y + xy ; c) f(x,y) = x.y + xy + xy + xy ; Baøi 14. Veõ baûng Karnaugh cuûa nhöõng khai trieån toång caùc tích Boole ba bieán sau: a) xyz ; b) x y z + zyz ; c) x y z + x yz + x yz + xy z ; Baøi 15. Duøng baûng Karnaugh ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole ba bieán sau: Bieân soaïn: Tröôøng Sôn 39 Chöông 3 – Ñaïi soá Boole http://www.ebook.edu.vn Toaùn öùng duïng trong Tin hoïc a) x y z + xy z ; b) xyz + x yz + x y z + x yz ; c) x yz + xy z + x yz + x y z + x y z + xy z; d) xyz + xy z + xyz + x y z + xy z + x yz + xy z ; Baøi 16. Duøng phöông phaùp Quine – Mc Cluskey ñeå toái thieåu hoùa haøm Boole ba bieán trong baøi taäp 15 ( a, b, c). HÖÔÙNG DAÃN – ÑAÙP SOÁ 40 Bieân soaïn: Tröôøng Sôn
DMCA.com Protection Status Copyright by webtailieu.net