5、邏輯代數的基本定律和規則


一、邏輯代數基本定律、公理

什么是公理,公理就是不需要證明就能成立的事實。邏輯代數公理主要說的是:邏輯常數“0”和“1”的基本運算規則。

在小學的時候,我們有學過一些關於加法和乘法的運算規律,那么同理這些運算規律在邏輯代數中也是能夠成立的。

如:加法交換率

加法交換律

套用在邏輯代數中,就變成了這樣:

邏輯代數的交換律

1. 變量和常量的關系式

邏輯變量的取值只有0和1,根據三種基本運算的定義,可推得以下關系式

  • 0-1律:任何一個邏輯變量和0相與結果都是0,任何一個邏輯變量和0相或結果都是1.
  • 自等律:任何一個邏輯變量和1相與結果都是它的本身,任何一個邏輯變量和0相或結果都是它的本身.
  • 重疊律:任何一個邏輯變量和它自身相與(相或)結果都是它的本身。
  • 互補律:任何一個邏輯變量和它自身的反變量相與結果都是0,任何一個邏輯變量和它自身的反變量相或結果都是1。

變量和常量的關系式

2. 和普通代數相似的定律

  • 交換律:兩個變量相與(相或),互換變量的位置,結果不變。跟小學的加法交換律和乘法交換律是一樣的。

加法交換律-16340438011411

  • 結合律:三個數相與(相或),先與(或)前兩個數,或者先與(或)后兩個數,結果不變。跟小學的乘法交換律是一樣的。

乘法結合律

  • 分配率:
  把兩個數 相或 的結果也就是 B+C   

  最后和一個數 相與 A·(B+C)

  產生的結果等於=

  A跟BC 分別 相與  A·B    A·C,

  分別 相與 的結果 最后再 相或起來  A·B+A·C,

  產生的結果是一樣的。

  A·(B+C)=A·B+A·C

  這個跟小學的乘法分配率是一樣的

乘法分配率

那么反過來

把兩個數 相與 也就是B·C   

最后和一個數 相或  A+B·C

產生的結果等於=

數A跟兩個變量BC 分別相或  A+B    A+C,

分別相或 的結果最后再相與起來(A+B)·(A+C),

產生的結果是一樣的。

A+B·C=(A+B)·(A+C)

和普通代數相似的定律

那么在邏輯代數中有着其他不同的基本定律

邏輯代數基本定律

其中重要的是反演律。

3.常用的異或和同或運算公式

常用異或和同或運算公式

該公式可以通過異或和同或的真值表進行證明

異或真值表 同或真值表

4、其他常用公式

1、合並律

合並律

2、吸收律

吸收律

吸收律2

吸收律3

二、定律的證明

1、方法1

要想證明兩個式子相等,在邏輯代數里最簡單的辦法就是羅列出所有的可能性,使用真值表的方式來證明。較為常用。

反演定律證明

2、方法2

使用邏輯代數公理的方法來證明

使用代數的方法證明基本定律

邏輯代數中的注意事項

三、邏輯代數三個重要規則

1、規則一,代入規則

代入規則:任何一個邏輯等式,如果將等式兩邊所出現的某一變量都代之以同一邏輯函數,則等式仍然成立,這個規則稱為代入規則。

該例子推導出了代入規則,並將其化簡。

代入規則

2、規則二,反演規則

反演規則

使用反演規則主要目的就是求出函數的反函數。

例子

3、規則三,對偶規則

對偶規則

對偶規則2

對偶規則3

四、邏輯運算符的完備性

邏輯運算符的完備性

邏輯運算符的完備性2

1、使用“與非門”進行推導“與”“或”“非”

根據上面的結論,發現與非門是一個具有最好完備性,使用與非門能夠推倒出“與”“或”“非”。

1.1、使用“與非門”進行推導出“非”

使用與非門

1.2、使用“與非門”進行推導出“與”

使用與非門2

1.3、使用“與非門”進行推導出“或”

使用與非門3

五、邏輯表達式的五種標准形式

邏輯表達式的五種形式

邏輯表達式的五種形式2

六、最大項和最小項

使用最大項和最小項能夠證明上面的五種形式函數可以互相轉換。

1、最小項

最小項

n個變量的也就是。ABC三個變量組成的函數,每一個變量都以原變量或者反變量出現一次,也只能出現一次,並且相與。

簡單來說最小項就是變量只有與非的表達式,3變量的與非表達式能夠組合出8種不同的形式。它們的特點是8種不同的與非表達式,輸入同樣的變量取值,如:000,最后只有一種表達式會得1,其余得0,所以叫做最小項。

最小項3

從取值看,變量值為000時得1的最小項,我們可以從這里開始給它編號為0,也就是m0編號最小項。其他編號最小項以此類推。以后為了簡寫,我們可以用小m0—小m7這些編號來代表不同的最小項。

最小項4

2、最大項

最大項

n個變量的也就是。ABC三個變量組成的函數,每一個變量都以原變量或者反變量出現一次,也只能出現一次,並且相或。

簡單來說最大項就是變量只有或非的表達式,3變量的或非表達式能夠組合出8種不同的形式。它們的特點是8種不同的或非表達式,輸入同樣的變量取值,如:000,最后只有一種表達式會得0,其余得1,所以叫做最大項。

最大項3

從取值看,變量值為000時得0的最大項,我們可以從這里開始給它編號為0,也就是M0編號最大項。其他編號最大項以此類推。以后為了簡寫,我們可以用大M0—大M7這些編號來代表不同的最大項。

最大項4

3、最大項和最小項的關系

在真值表上,對於最小項來說我們取它變量取值為1的表達式作為編號。

最小項5

在真值表上,對於最大項來說我們取它變量取值為0的表達式作為編號。

最大項5

由此可見

最大項和最小項的關系

4、使用最大項和最小項來表示邏輯函數

有了最大項和最小項的定義之后,就可以用這個來表示邏輯函數。用最大項和最小項表示的邏輯函數就是標准表達式。

4.1、標准表達式1:最小項之和式

最小項之和式

使用最小項之和式的目的就是,求出某個函數在什么狀態下會得1。由上可見F會在三種情況下取值為1。

最小項之和式2

由上可見F會四種情況下取值為1。

4.2、標准表達式2:最大項之積式

最大項之積式

使用最大項之積式的目的就是,求出某個函數在什么狀態下會得0。由上可見F會在4種情況下取值為0。

4.3、由真值表寫邏輯表達式

由真值表寫邏輯表達式

兩種標准表達式之間的關系

4.4、反函數的標准表達式

反函數的標准表達式


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