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逻辑函数与逻辑方程 点击:1448 | 回复:35



wanggq

    
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发表于:2010-01-13 17:15:46
楼主

 

  在谈这个问题之前先费一点精力去谈谈初等代数的基础知识:

 

  用等号连接两个代数式所成的式子,叫做“等式”。等号左边的代数式,叫做等式的“左边”;等号右边的代数式,叫做等式的“右边”。例如,在等式(a+b)(a-b)= a^2-b^2 里,左边是(a+b)(a-b),右边是a^2-b^2 。

 

  若一个等式,不论用任何数值(只要是允许的)代替其中的字母,它都是成立的,则这样的等式叫做“恒等式”。只含有数字的等式也叫恒等式。如:1994-1957=37  也叫恒等式。

 

  等式里字母的值需要根据它(或它们)跟等式里的已知数之间的关系来确定的,这样的字母叫做“未知数”。含有未知数的等式叫做“方程”。

 

  什么叫“逻辑方程”?

  类似《初等代数》里对“方程”的定义,《逻辑代数》里对“方程”的定义是:含有“未知命题”的“逻辑等式”叫做“逻辑方程”。

 

  什么叫“函数”?

  在相对静止状态下数值保持不变的量叫“常量”,可以取不同数值的量叫做“变量”。


  在一个过程中有相依变化着的两种变量,一种变量是可以在一定范围内自由取值的,这种变量叫做“自变量”;另一种变量的值是由“自变量”所取的值来确定的,这种变量叫做“因变量”。


  在某一变化过程中,对于“自变量”的任何一个种取值,“因变量”都有唯一确定的值与之对应。这时,“因变量”叫做自变量的“函数”。

 

   函数的思想,是用运动和变化的观点,分析和研究变量间的相依关系; 方程的思想,就是分析相依变量的关系中变量间特定的关系,方程思想是动中求静。

 

  函数解析式表示因变量于自变量的关系。方程表示特定的因变量的自变量解。 按照定义,方程是含有未知数的等式,函数是两个非空数集之间的一个映射。函数是一种关系,这种关系是一个集合里的每一个元素对应到另一个(可能相同的)集合里的唯一元素。

 

 





wanggq

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发表于:2010-01-18 16:32:58
21楼

 

  《图1》所示的逻辑函数关系的其它几种化简方法请参阅《殊途同归》及其《续篇(一)》《写个程序叫PLC“唱歌”》的第6页,这里从略,准备讲《逻辑代数》的另一个分支----“逻辑方程”。

 

  通过上面的化简例子,我们看到“逻辑函数”是用运动和变化的观点研究逻辑关系,在PLC程序上则为研究输出函数与输入条件的组合状态间的对应关系。而不是求解某特定条件下的逻辑命题的“真/假”问题。求解特定条件下的逻辑命题的“真/假”问题归“逻辑方程”所管辖。

 

 

 

wanggq

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发表于:2010-01-18 16:49:26
22楼

 

   接下来,我们先举例提出一个需要用“逻辑方程”来求解的问题:

 

  某地质勘探队的三名队员,在深山里采寻到一块矿样。三个人(甲、乙、丙)翻来覆去的辨认,细心琢磨,各自做出如下判断:

 

  甲:这不是铁矿石,也不是铜矿石;

 

  乙:这不是铁矿石,而是锡矿石;

 

  丙:这不是锡矿石,而是铁矿石。

 

  甲、乙、丙三人都认为自己的判断是正确的,争论不休,各执己见,无法统一。于是把矿样送到化验室鉴定。鉴定结果表明:甲、乙、丙三人中有一人的两个判断都是正确的;有一人的两个判断是一个正,一个误;还有一人的两个判断都是错误的。

 

  根据这些信息,试通过逻辑运算求出甲、乙、丙三个人的判断的正误情况。

 

 

wanggq

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发表于:2010-01-18 16:55:03
23楼

 

  为解题方便起见,我们可以把本题中的逻辑判断划分为3 个基本的判断:

 

  1、这块矿样是“铁矿石”,用 A  来表示;

 

  2、这块矿样是“铜矿石”,用  B 来表示;

 

  3、这块矿样是“锡矿石”,用 C 来表示。

 

  甲、乙、丙三人的判断用如下逻辑表达式来表示:

 

  甲的判断(这不是铁矿石,也不是铜矿石):  /A&/B ;

 


  乙的判断(这不是铁矿石,而是锡矿石):   /A&C ;

 


  丙的判断(这不是锡矿石,而是铁矿石):   /C&A 。


wanggq

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发表于:2010-01-18 20:11:38
24楼

 

  把3 个基本判断作为3 个变量,建立“卡诺图”如下:

  这样一块矿样,只能是一种矿石,所以应当把卡诺图中交叉的“最小项”列为“禁止项”。

wanggq

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发表于:2010-01-18 20:18:43
25楼

 

  我们再用“卡诺圈”分别把甲、乙、丙三人的复合判断标示出来:

 

wanggq

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发表于:2010-01-18 20:36:37
26楼

 

  已知甲、乙、丙三人之中,只有一人的两个判断都是正确的;另有一人的两个判断是一对一错;余下一人的两个判断均为错。根据这些已知条件可以得出:三个人的复合判断的两两之积必为“0”。

 

  请网友们注意:这里的两个逻辑等式,就是我们所谓的“逻辑方程”了。

wanggq

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发表于:2010-01-18 20:48:21
27楼

 

  剩下甲和丙,到底谁的复合判断为“真”呢?

 

wanggq

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发表于:2010-01-18 20:58:22
28楼

 

  如果假定甲的复合判断为“真”

 

  即假定:/A&/B=1   由此推出: /A=1 , /B=1


  那么,乙的判断 /A&C 中, /A=1 , C=0 (一正一误)

 
  从而推出丙的判断 /C&A 中, /C=1,  A=0


  那么,这丙的判断也是“一正一误”,这就与题目的已知条件(只有一个人的判断为“一正一误”)相矛盾了,说明“假定甲的复合判断为‘真’”是不成立的!

 

  所以,必定是:  /A&/B=0

 

  由此推出: /A 、/B 至少有一个为假。

 

 

wanggq

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发表于:2010-01-18 21:13:01
29楼

 

  即:丙的判断中,两个命题(不是锡矿石,而是铁矿石)都为“真”。

wanggq

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发表于:2010-01-18 21:56:49
30楼

 

  验证:

 

  联立求解上面三个“逻辑方程”。

 

  将前两个“方程”变形:

再将三个“方程”相乘得:

 

wanggq

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发表于:2010-01-18 22:11:18
31楼

 

  由此证得:勘探队员丙的两个判断(这块矿样不是锡矿石,而是铁矿石)都是正确的!同时也证得勘探队员甲的前一个判断(这块矿样不是铁矿石)是错误的。

 

  虽然勘探队员甲的前一个判断是错误的,但他的后一个判断(这块矿样不是铜矿石)却是正确的。

 

  有了上面对两个勘探队员的“判断”作出的结论,自然就得出了“勘探队员乙的两个判断都是错误的”这一结论。

 

 

 

wanggq

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发表于:2010-01-19 17:28:47
32楼

 

   为了加深网友们对“逻辑函数”与“逻辑方程”之区别的认识,我再举一个应用“逻辑方程”求解实际问题的例子:

 

  新学年开始了,教师们在一起讨论商定某个班级各门学科每日的教学课程表。地理老师希望把《地理》课安排在第一节或第二节课,语文老师希望把《语文》课安排在第一节或第三节课,数学老师希望把《数学》课安排在第二节或第三节课。

 

  试问,为了满足三位老师的愿望,应如何分配三门学科的教学时间?有几种分配方案?

 

  解:

 

  假定《地理》教学时间为第一节课、第二节课,分别用D1、D2来表示;《语文》教学时间为第一节课、第三节课,分别用Y1、Y3来表示;《数学》教学时间为第二节课、第三节课,分别用S2、S3来表示。

 

  那么,

 
     地理老师的愿望是:  D1+D2=1


     语文老师的愿望是:  Y1+Y3=1


     数学老师的愿望是:  S2+S3=1


     为了同时满足3位教师的愿望,则须上述3个“方程”的乘积为“1”。


  即:


        (D1+D2)(Y1+Y3)(S2+S3)=1

 

  把第1和第2因式的括号解开:


        (D1Y1+D1Y3+D2Y1+D2Y3)(S2+S3)=1


  因为同一节课不可能既上《地理》又上《语文》,所以 D1Y1=0  应该把“D1Y1”这一项划掉:


        (D1Y3+D2Y1+D2Y3)(S2+S3)=1

 

wanggq

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发表于:2010-01-19 17:33:26
33楼

 

  再把剩下的括号解开:


     D1Y3S2+D2Y1S2+D2Y3S2+D1Y3S3+D2Y1S3+D2Y3S3=1


  同理,“D2S2”、“Y3S3”都是“假”。所以,凡含有它们的所有一些项都该划掉:


     D1Y3S2+D2Y1S3=1


  在这个实际问题中,上式表示:


  要么      D1Y3S2=1


  要么      D2Y1S3=1


  由此得出两个方案:


   方案一、               方案二、


  《地理》第1节课            《地理》第2节课


  《语文》第3节课            《语文》第1节课


  《数学》第2节课            《数学》第3节课

wanggq

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发表于:2010-01-20 13:37:19
34楼

 

   参见第30楼的<验证>

 

  原方程:


          /A&/B=0   ①


  方程①两边取反,得同解方程②:


         /(/A&/B)=/0   ②


  根据摩根定律,方程②的左边满足如下等式:


       /(/A&/B)=A+B    ③


  方程②的右边满足如下等式:


          /0=1     ④


   所以,原方程①的同解方程可以表示为:


         A+B=1     ⑤


  以上5个等式,其中①、②、⑤都是“方程”;而③、④却都不是方程!

                                                                                                 

  等式③和等式④,它们都没有“未知命题”,等式③中的字母,无论用什么值(只要是允许的)去替代,其等式依然是成立的。

 
  所以,等式③和等式④都只是等式中的“恒等式”!  

 

wanggq

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发表于:2010-01-20 13:38:45
35楼

    <伪通>误以为任何式子中只要有了“等号”,则它就是一个“方程”。<伪通>错误估计wanggq没有学过《逻辑代数》,拿出一个利用“分配律”的式子:(A+B)&(C+D) = A&C+A&D+B&C+B&D   来忽悠说这是“方程”。

  但事实上,(A+B)&(C+D) = A&C+A&D+B&C+B&D 这个式子只是个“等式”,而不是“方程”。原因是:用任何数值(只要是允许的)代入式中的A、B、C、D,该式都是成立的。所以,该式只能叫“恒等式”,而不能叫“方程”!

   <伪通>还给出一个他所认为“复杂的方程”:   (A+B+C)&(/A&/B&/C) =? 

  这个式子既不是“等式”,更不是“方程”!原因是:该式的等号“左边”是一个“逻辑关系表达式”是一种“代数式”。但是,“右边”却不是一个“代数式”,它只是一个“问号”。该式只相当于一个“问句”,即:该式“左边”这个逻辑表达式的“值”是什么?或者,该式“左边”的最简表达式是什么?所以它构不成“等式”,当然更谈不上是“方程”!


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