- •Введение
- •1. Теория множеств
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Операции над множествами
- •1.3. Алгебраические свойства операций над множествами
- •1.4. Нечёткие множества
- •2. Элементы комбинаторики
- •2.1. Основные правила комбинаторики
- •2.2. Выборки элементов без повторений
- •2.3. Выборки элементов с повторениями
- •2.4. Объединение комбинаторных конфигураций
- •2.5. Бином Ньютона
- •3. Отношения на множествах
- •3.1. Декартово произведение множеств
- •3.2. Булев куб и его свойства
- •3.3. Понятие отношения
- •3.4. Операции над отношениями
- •3.5. Свойства отношений на множестве
- •3.6. Отношения эквивалентности, толерантности и порядка
- •3.7. Нечеткие отношения
- •3.8. Понятие отображения
- •3.9. Алгебраическая операция
- •3.10. Общие сведения об алгебраических системах
- •4 Булевы функции
- •4.1. Основные определения и операции над высказываниями
- •4.2. Типы пф.
- •4.3. Равносильность формул
- •4.4. Дизъюнктивные и конъюнктивные нормальные формы
- •4.5 Алгоритм приведения пф к нормальным формам
- •4.6 Аналитический способ приведения к сднф
- •4.7. Табличный способ приведения к сднф
- •4.8. Табличный способ приведения к скнф
- •4.9. Логическое следствие
- •4.10. Алгоритм проверки правильности рассуждений
- •4.11. Алгоритм определения всех логических следствий из данных посылок
- •4.12. Алгоритм определения всех посылок, логическим следствием которых является данная формула
- •4.13. Полнота систем булевых функций
- •4.14. Полином Жегалкина
- •4.15. Замкнутость
- •4.16. Теорема Поста
- •4.17. Нечеткая логика
- •5. Многозначные функции
- •5.1. Функции и формулы k-значной логики
- •5.2. Полнота и замкнутость функций k-значной логики
- •5.3. Особенности k – значной логики
- •6.. Основные понятия теории графов.
- •6.1. Задачи теории графов.
- •6.2. Основные определения.
- •6.3. Степени вершин графа.
- •6.4. Изоморфизм графов.
- •6.5. Матричные способы задания графов.
- •6.6. Основные операции над графами.
- •6.7. Маршруты в графах
- •6.8. Связность в графах.
- •Связность и матрица смежности графа.
- •6.9. Матрица взаимодостижимости.
- •6.10. Деревья Свободные деревья.
- •Ориентированные, упорядоченные и бинарные деревья.
- •6.11. Эйлеровы графы.
- •6.12 Гамильтоновы графы.
- •6.13. Планарные графы.
- •6.14. Потоки в сетях. Основные определения.
- •Теорема Форда и Фалкерсона.
- •Алгоритм построения максимального потока в сети.
- •7. Конечные автоматы
- •7.1. Понятие конечного автомата Общие сведения о конечных автоматах
- •7.2. Абстрактное определение конечного автомата
- •7.3. Автоматная функция и её моделирование Понятие ограниченно детерминированной функции
- •Моделирование автоматной функции с помощью схемы из функциональных элементов и задержки
- •7.4. Эксперименты с автоматами
- •8. Рекуррентные уравнения
- •8.1. Определение рекуррентного уравнения/ Решение линейного однородного рекуррентного уравнения
- •8.2. Решение линейного неоднородного рекуррентного уравнения
- •8.3. Решение рекуррентного уравнения для чисел Фибоначчи
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •1.Теория множеств 5
- •2 Элементы комбинаторики 14
- •3 Отношения на множествах 22
- •4. Булевы функции 42
- •5. Многозначные функции 64
- •6. Основные понятия теории графов 70
- •7. Конечные автоматы 106
- •8. Рекуррентные уравнения 120
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
3.2. Булев куб и его свойства
Булев
вектор может применяться для моделирования
операций на конечных множествах. Пусть
– некоторое универсальное множество
в рамках решаемой задачи. Элементы
множества для удобства помечены числовыми
индексами. Если
,
то множеству А
ставится
в соответствие n-
мерный булев вектор
,
в котором
,
если
и
в противном случае. Такая строка бит
называется характеристическим
вектором
множества А.
При этом, операции на множествах
имитируются соответствующими логическими
операциями на характеристических
векторах.
Для размерности n операции над векторами производятся покоординатно. Логическая сумма двух векторов – вектор, координаты которого являются логическими суммами соответствующих исходных векторов. Аналогично определено произведение.
Между
множеством всех подмножеств множества
U
и булевым кубом
,
где
можно установить взаимнооднозначное
соответствие, при котором операции
объединения множества соответствует
операции логического сложения (их
характеристических векторов), операции
пересечения множеств соответствует
операция логического умножения их
характеристических векторов, а операции
дополнения – операция отрицания. Пустому
множеству соответствует нулевой вектор,
а универсальному – единичный.
Пример.
Пусть
,
и
.
Характеристическими векторами множеств
А,
В,
,
и
соответственно будут:
.
Полученные векторы позволяют легко
выписать элементы множеств:
.
Номером булевого вектора называется число его двоичного представления. Например, булев вектор а из предыдущего примера имеет номер 10101.
Два булевых вектора называются соседними, если их координаты отличаются только в одном разряде (т.е. они отличаются только одной координатой).
Булев куб размерности 1
Рис. 9
Булев куб размерности 2
Рис. 10
Булев куб размерности 3
Рис. 11
3.3. Понятие отношения
Для выражения взаимодействий и связей между элементами множеств в математике используется понятие отношения.
n
– местным (n
– арным) отношением
R
на множествах
называется
любое подмножество прямого произведения
этих множеств, то есть
.
Другими словами, элементы этих множеств
связаны
отношением R
тогда и только тогда, когда n
упорядоченных чисел
.
Отношение
называется n
– местным
на множестве А.
При
отношение R
задает фиксированный элемент множества
А.
При
отношение R
представляет собой подмножество
множества А
и называется унарным
отношением
или свойством.
При
отношение R
называется бинарным
или
соответствием.
При
отношение тернарное
и т. д.
В математике чаще всего используются бинарные отношение (соответствия). В дальнейшем рассматриваются в основном только такие отношения и при этом слово “бинарные” опускается.
Пусть
А и
В
– два множества. Соответствием
или (бинарным)
отношением
из множества А
в множество В
называется подмножество R
прямого произведения
,
т.е.
.
Если aA,
bB,
находятся в отношении, то пишут: (a,b)R
или R(a,b),
а также в инфиксной форме aRb.
При этом говорят, что b
соответствует a
при соответствии R
или b
находится в отношении R
с a.
Если R=,
то отношение называют пустым.
Отношение
называют полным.
Для любого множества А
определяется тождественное
отношение
-
.
Принадлежность элементов а и b отношению R наглядно можно представить в следующем виде
Рис.
12
Областью определения (DomR) соответствия R, называется множество элементов aA, для каждого из которых, найдется хотя бы один элемент bB, такой, что aRb.
Областью значения (ImR) соответствия R называется множество элементов bB, для каждого из которых, найдется хотя бы один элемент aA, такой, что aRb.
Соответствие R называется всюду определенным, если DomR=A, в противном случае – частично определенным. Соответствие называется сюръективным, если ImR=B.
Для каждого aA, множество элементов bB таких, что aRb называется образом элемента aA относительно R и обозначается imRa.
Прообразом элемента bB относительно R, называется множество элементов aA, таких, что aRb. Прообраз обозначается: coimRb
Заметим,
что
и
.
В общем случае отношения (соответствия) могут быть заданы любым из двух способов, которые используются для задания множеств, т.е. перечислением элементов отношения или указанием их характеристических свойств.
Отношения,
определенные на конечных множествах
,
могут быть заданы:
Списком, т.е. перечислением тех пар элементов, для которых это отношение выполнено. Например, если A={a,b,c} и B={x,y}, то R={(a,x),(a,y),(b,y),(c,x)}.
Матрицей [R] размерности , элементы которой
т.е. строки этой матрицы помечаются
элементами из A,
а столбцы – элементами из B,
а на пересечении строки ai
со столбцом bi
стоит единица (1), если aRb;
и нуль (0), - в противном случае. Тогда
для выше приведенного примера имеем
матрицу
Таблица 6
|
x |
y |
a |
1 |
1 |
b |
0 |
1 |
c |
1 |
0 |
Г
рафиком
на координатной плоскости, горизонтальная
и вертикальная оси которой представляют
элементы множеств А
и В
соответственно.
Рис. 13
Графом, в котором элементы множеств А и В изображаются точками на плоскости. Причем эти точки обозначаются теми же символами, что и соответствующие элементы. Точки a и b соединяются направленным отрезком от a к b, если aRb. Например, для предыдущего случая отношение R изображается ориентированным графом.
Рис. 14
