符号约定
逻辑变量用大写字母A,B,C,⋯表示,逻辑常数用0,1表示。约定上划线表示逻辑非:
0=1,1=0
用 + 表示逻辑或:
0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=1
用 · 表示逻辑与:
0⋅0=0,0⋅1=0,1⋅0=0,1⋅1=1
用 ⊕ 表示逻辑异或:
0⊕0=0,0⊕1=1,1⊕0=1,1⊕1=0
基本定律
单变量定律
容易验证,单个的逻辑变量满足如下的定律:
-
恒等律
A+1=1,A⋅0=0
-
零律
A+0=A,A⋅1=A
-
同一律
A+A=A,A⋅A=A
-
互补律
A+A=1,A⋅A=0
-
还原律
A=A
多变量定律
以下多变量定律也是容易验证的:
-
交换律
A+B=B+A,A⋅B=B⋅A
-
结合律
A+(B+C)=(A+B)+C,A⋅(B⋅C)=(A⋅B)⋅C
-
分配律
A⋅(B+C)=A⋅B+A⋅C,A+(B⋅C)=(A+B)⋅(A+C)
-
吸收律
A+A⋅B=A,A⋅(A+B)=A
-
反演律(摩根定律)
A⋅B=A+B,A+B=A⋅B
其他常用恒等式
恒等式 1
A+A⋅B=A+B
证明:
利用分配律:
A+A⋅B=(A+A)⋅(A+B)=1⋅(A+B)=A+B
恒等式 2
A⋅(A+B)=A⋅B
证明:
利用分配律:
A⋅(A+B)=A⋅A+A⋅B=0+A⋅B=A⋅B
恒等式 3
A⋅B+A⋅C+B⋅C=A⋅B+A⋅C
证明:
利用互补律:
A⋅B+A⋅C+B⋅C=A⋅B+A⋅C+(A+A)⋅B⋅C
利用分配律:
A⋅B+A⋅C+(A+A)⋅B⋅C=A⋅B+A⋅C+A⋅B⋅C+A⋅B⋅C
再反用分配律:
A⋅B+A⋅C+A⋅B⋅C+A⋅B⋅C=A⋅B⋅(1+C)+A⋅C⋅(1+B)
利用恒等率:
A⋅B⋅(1+C)+A⋅C⋅(1+B)=A⋅B+A⋅C
基本定理
代入规则
在任意逻辑等式中,将某个变量全部替换为另一个逻辑表达式,等式仍然成立。
反演规则
根据反演律,在求原函数L的非函数时,可以对L做如下变换:
⋅→+,+→⋅,0→1,1→0,A→A,A→A
所得的函数即为L的非函数。应用反演规则时需要注意,要保持原先的运算优先级,先与后或。例如:
A⋅B+A⋅(B+C)=(A+B)⋅(A+B⋅C)
对偶规则
在任意逻辑等式中,将逻辑与和逻辑或互换,将逻辑常数0和1互换,等式仍然成立。例如:
A+A⋅B=A+B⟺A⋅(A+B)=A⋅B
与反演规则类似,对偶规则也需要保持原先的运算优先级。
香农展开定理
对于任意一个逻辑函数:
f(A,B,C,⋯)
可以用如下的方式展开:
f(A,B,C,⋯)=A⋅f(1,B,C,⋯)+A⋅f(0,B,C,⋯)