编辑
2025-01-02
数学
0
请注意,本文编写于 651 天前,最后修改于 651 天前,其中某些信息可能已经过时。

目录

符号约定
基本定律
单变量定律
多变量定律
其他常用恒等式
恒等式 1
恒等式 2
恒等式 3
基本定理
代入规则
反演规则
对偶规则
香农展开定理

符号约定

逻辑变量用大写字母A,B,C,⋯A,B,C,\cdots表示,逻辑常数用0,10,1表示。约定上划线表示逻辑非:

0‾=1,1‾=0\overline{0} = 1, \quad \overline{1} = 0

用 + 表示逻辑或:

0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10 + 0 = 0, \quad 0 + 1 = 1, \quad 1 + 0 = 1, \quad 1 + 1 = 1

用 · 表示逻辑与:

0⋅0=0,0⋅1=0,1⋅0=0,1⋅1=10 \cdot 0 = 0, \quad 0 \cdot 1 = 0, \quad 1 \cdot 0 = 0, \quad 1 \cdot 1 = 1

用 ⊕ 表示逻辑异或:

0⊕0=0,0⊕1=1,1⊕0=1,1⊕1=00 \oplus 0 = 0, \quad 0 \oplus 1 = 1, \quad 1 \oplus 0 = 1, \quad 1 \oplus 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:

  1. 恒等律

    A+1=1,A⋅0=0A + 1 = 1, \quad A \cdot 0 = 0
  2. 零律

    A+0=A,A⋅1=AA + 0 = A, \quad A \cdot 1 = A
  3. 同一律

    A+A=A,A⋅A=AA + A = A, \quad A \cdot A = A
  4. 互补律

    A+A‾=1,A⋅A‾=0A + \overline{A} = 1, \quad A \cdot \overline{A} = 0
  5. 还原律

    A‾‾=A\overline{\overline{A}} = A

多变量定律

以下多变量定律也是容易验证的:

  1. 交换律

    A+B=B+A,A⋅B=B⋅AA + B = B + A, \quad A \cdot B = B \cdot A
  2. 结合律

    A+(B+C)=(A+B)+C,A⋅(B⋅C)=(A⋅B)⋅CA + (B + C) = (A + B) + C, \quad A \cdot (B \cdot C) = (A \cdot B) \cdot C
  3. 分配律

    A⋅(B+C)=A⋅B+A⋅C,A+(B⋅C)=(A+B)⋅(A+C)A \cdot (B + C) = A \cdot B + A \cdot C, \quad A + (B \cdot C) = (A + B) \cdot (A + C)
  4. 吸收律

    A+A⋅B=A,A⋅(A+B)=AA + A \cdot B = A, \quad A \cdot (A + B) = A
  5. 反演律(摩根定律)

    A⋅B‾=A‾+B‾,A+B‾=A‾⋅B‾\overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B}, \quad \overline{A + B} = \overline{A} \cdot \overline{B}

其他常用恒等式

恒等式 1

A+A‾⋅B=A+BA + \overline{A} \cdot B = A + B

证明: 利用分配律:

A+A‾⋅B=(A+A‾)⋅(A+B)=1⋅(A+B)=A+BA + \overline{A} \cdot B = (A + \overline{A}) \cdot (A + B) = 1 \cdot (A + B) = A + B

恒等式 2

A⋅(A‾+B)=A⋅BA \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot B

证明: 利用分配律:

A⋅(A‾+B)=A⋅A‾+A⋅B=0+A⋅B=A⋅BA \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot \overline{A} + A \cdot B = 0 + A \cdot B = A \cdot B

恒等式 3

A⋅B+A‾⋅C+B⋅C=A⋅B+A‾⋅CA \cdot B + \overline{A} \cdot C + B \cdot C = A \cdot B + \overline{A} \cdot C

证明: 利用互补律:

A⋅B+A‾⋅C+B⋅C=A⋅B+A‾⋅C+(A+A‾)⋅B⋅CA \cdot B + \overline{A} \cdot C + B \cdot C = A \cdot B + \overline{A} \cdot C + (A + \overline{A}) \cdot B \cdot C

利用分配律:

A⋅B+A‾⋅C+(A+A‾)⋅B⋅C=A⋅B+A‾⋅C+A⋅B⋅C+A‾⋅B⋅CA \cdot B + \overline{A} \cdot C + (A + \overline{A}) \cdot B \cdot C = A \cdot B + \overline{A} \cdot C + A \cdot B \cdot C + \overline{A} \cdot B \cdot 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)A \cdot B + \overline{A} \cdot C + A \cdot B \cdot C + \overline{A} \cdot B \cdot C = A \cdot B \cdot (1 + C) + \overline{A} \cdot C \cdot (1 + B)

利用恒等率:

A⋅B⋅(1+C)+A‾⋅C⋅(1+B)=A⋅B+A‾⋅CA \cdot B \cdot (1 + C) + \overline{A} \cdot C \cdot (1 + B) = A \cdot B + \overline{A} \cdot 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LL的非函数时,可以对LL做如下变换:

⋅→+,+→⋅,0→1,1→0,A→A‾,A‾→A\cdot \to +, \quad + \to \cdot, \quad 0 \to 1, \quad 1 \to 0, \quad A \to \overline{A}, \quad \overline{A} \to A

所得的函数即为LL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‾)\overline{A \cdot B + \overline{A} \cdot (B + C)} = (\overline{A} + \overline{B}) \cdot (A + \overline{B} \cdot \overline{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00和11互换,等式仍然成立。例如:

A+A‾⋅B=A+B  ⟺  A⋅(A‾+B)=A⋅BA + \overline{A} \cdot B = A + B \iff A \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot 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,⋯ )f(A,B,C,\cdots)

可以用如下的方式展开:

f(A,B,C,⋯ )=A⋅f(1,B,C,⋯ )+A‾⋅f(0,B,C,⋯ )f(A,B,C,\cdots) = A \cdot f(1,B,C,\cdots) + \overline{A} \cdot f(0,B,C,\cdots)

本文作者:GBwater

本文链接:

版权声明:本博客所有文章除特别声明外,均采用 BY-NC-SA 许可协议。转载请注明出处!