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文檔簡介
1、,離散數(shù)學(xué),,楊老師yangjj@scnu.edu.cn,,離散數(shù)學(xué)(又稱計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué))是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要分支,是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程中的核心基礎(chǔ)課程之一。離散數(shù)學(xué)以是研究:離散量的結(jié)構(gòu)和相互之間的關(guān)系為主要目標(biāo),其研究對(duì)象一般為:有限或可數(shù)個(gè)元素(例如:自然數(shù)、整數(shù)、真假值、有限個(gè)結(jié)點(diǎn)等),而離散性也是計(jì)算機(jī)科學(xué)的顯著特點(diǎn)。,離散數(shù)學(xué),,離散數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的其他課程如:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理、算法分析、邏輯設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、容錯(cuò)技術(shù)
2、、人工智能等有密切的聯(lián)系。它是這些課程的先導(dǎo)和基礎(chǔ)課程。第一部分:數(shù)理邏輯 第二部分:集合論第三部分:代數(shù)系統(tǒng) 第四部分:圖論,第一章 命題演算,命題概念基本連接詞與復(fù)合命題合式公式與聯(lián)結(jié)詞優(yōu)先順序命題公式的等價(jià)變化、命題符號(hào)化構(gòu)造真值表證明等價(jià)式不構(gòu)造真值表證明蘊(yùn)含式范式與主范式,∏,∑互化應(yīng)用P、T規(guī)則的推理證明CP規(guī)則與間接推理證明,1.1 命題概念,命題:具有唯一真值的陳述句叫命題,亦可簡
3、稱為語句。(1)命題可以是真的,或者是假的,但不能同時(shí)為真又為假(2)命題所用符號(hào):常用大寫26個(gè)英文字母表示命題。用A、B、C....Z表示。(3)命題中所有的“真”用“T”表示, 命題中所有的“假”用“F”表示。(4)命令句,感嘆句,疑問句均不是命題。,判斷下列句子中哪些構(gòu)成命題8是偶數(shù);雪是黑的;明年國慶節(jié)是個(gè)春天;3+8>9我是大學(xué)生;火星上有生物;星期五下午開會(huì)嗎?請(qǐng)勿吸煙;這束花多么的好
4、看??!x+y >5.,命題命題命題命題命題命題疑問句 不是命題祈使句 不是命題感嘆句 不是命題無法確定真值 不是命題,,表示命題的符號(hào)稱為命題標(biāo)示符,例:P:今天中午十點(diǎn)下雨; [24]:今天上午十點(diǎn)下雨;此處的P,[24]就是標(biāo)示符。一個(gè)命題標(biāo)示符如表示確定命題,就稱為命題常量,如果命題標(biāo)示符只標(biāo)志命題的位置,就稱為命題變?cè)?,因?yàn)槊}變?cè)梢员硎救我饷},他不能確定真值因此不是命題,1.2
5、復(fù)合命題與聯(lián)結(jié)詞,原子命題:不能再分解的命題,不包含任何聯(lián)結(jié)詞的命題。復(fù)合命題:經(jīng)過一些聯(lián)結(jié)詞復(fù)合而成的命題。在命題演算中也有類似的日常生活中的聯(lián)結(jié)詞稱做:“命題聯(lián)結(jié)詞”下面先介紹五個(gè)常用的命題聯(lián)結(jié)詞。,,1.否定詞:(否定運(yùn)算、非運(yùn)算)(1)符號(hào) ¬ ,讀作“非”,“否定”,設(shè)命題為P,則在P的前面加否定詞¬ ,變成¬P, ¬P讀做“P的否定”或“非P”例:P:北京是一座城市。
6、 ¬P:北京不是一座城市。Q:每一種生物均是動(dòng)物。F¬Q:有一些生物不是動(dòng)物。T這里¬Q不能講成“每一種生物都不是動(dòng)物”為假命題了。對(duì)量化命題的否定,除對(duì)動(dòng)詞進(jìn)行否定外,同時(shí)對(duì)量化詞也要加以否定。(2) ¬P的真值由P的真值來確定,,2.合取詞(“合取”、“積”、“與”運(yùn)算)符號(hào) “Λ” 設(shè)P,Q為兩個(gè)命題,則PΛQ稱P與Q的合取,讀作:“P與Q”、“P與Q的合取”、“P并且Q
7、”等。定義(由真值表給出):,,當(dāng)且僅當(dāng)P和Q的真值均為“T”,則(PΛQ)的真值為“T”。否則,其真值為“F”。注意:P和Q是互為獨(dú)立的;地位是平等的,P和Q的位置可以交換而不會(huì)影響PΛQ的結(jié)果。在日常生活中,合取詞應(yīng)用在二個(gè)有關(guān)系的命題之間。而在邏輯學(xué)中,合取詞可以用在二個(gè)毫不相干的命題之間舉例:(a)P:王華的成績很好 Q:王華的品德很好。 則PΛQ:王華的成績很好并且品
8、德很好。 (b P:我們?nèi)シN樹 Q:房間里有一臺(tái)電視機(jī) 則PΛQ:我們?nèi)シN樹與房間里有一臺(tái)電視機(jī)。 (c) P:今天下大雨 Q:3+3=6 則PΛQ:今天下大雨和3+3=6,,3.析取詞(或運(yùn)算)(1)符號(hào)“∨” 設(shè)P、Q為二個(gè)命題,則(P∨Q)稱作P與Q的“析取”,讀作:
9、“P或Q”。(2)定義(由真值表給出):,,當(dāng)且僅當(dāng)P、Q均為“F”時(shí),(P∨Q)為“F”。否則,其真值為“T”區(qū)分“可兼或”與“不可兼或(異或,排斥或)” 析取詞為可兼或即:P和Q均為“T”時(shí)(P∨Q)為“T”, “不可兼或”中當(dāng)P和Q均為“T”時(shí),則P異或Q為“F”,可兼“或”:燈泡有故障或開關(guān)有故障。今晚寫字或看書。今天下雨或打雷。,不可兼“或”:他通過電視看雜技或到劇場看雜技。 他乘火車去北京或乘飛機(jī)去北
10、京。,,4.單條件聯(lián)結(jié)詞:(1)符號(hào)“→”,讀作:“如果…則…”、“如果…那么…”P、Q為二個(gè)命題,(P→Q)為新的命題,讀作:“如果P則Q”,“P僅當(dāng)Q”,“Q當(dāng)且P”,“P是Q的充分條件”。(2)定義(由真值表定義):,,當(dāng)P為“T”,Q為“F”時(shí),則(P→Q)為“F”,否則(P→Q)均為“T”?! 。校悍Q為前件、條件、前提、假設(shè)Q:稱為后件、結(jié)論。(3)舉例: (a)P:我拿起一本書
11、 Q:我一口氣讀完了這本書 P→Q:如果我拿起一本書,則我一口氣讀完了這本書。 (b)P:月亮出來了 Q:3×3=9 P→Q:如果月亮出來了,則 3×3=9。(善意推定),,5.雙條件聯(lián)結(jié)詞(“等價(jià)”詞、“同”聯(lián)結(jié)詞、“等同”詞)(1)符號(hào)“?”設(shè)P、Q為二個(gè)命題,則P?Q讀作:“P當(dāng)且僅當(dāng)Q”,“P等價(jià)Q”,“P是Q的充分必要條件”。(2
12、)定義(見真值表):,,每當(dāng)P和Q的真值相同時(shí),則(P?Q)的真值為“T”,否則(P?Q)的真值為“F”。(3)舉例:? 春天來了當(dāng)且僅當(dāng)燕子飛回來了。?平面上二直線平行,當(dāng)且僅當(dāng)這二直線不相交。 ?2+2=4當(dāng)且僅當(dāng)雪是白色的。 (兩者沒有關(guān)系,但是確實(shí)命題)(4)P,Q中,P、Q的地位是平等的,P、Q交換位置不會(huì)改變真值表中的值。,,6.命題聯(lián)結(jié)詞在使用中的優(yōu)先級(jí)(1)先括號(hào)內(nèi),后括號(hào)外(2)運(yùn)算時(shí)聯(lián)結(jié)詞的優(yōu)先次序
13、為: ¬ Λ ∨ → ? (由高到低)(3)聯(lián)結(jié)詞按從左到右的次序進(jìn)行運(yùn)算 ¬P∨(Q∨R)可省去括號(hào),因?yàn)椤埃帧边\(yùn)算是可結(jié)合的。( ¬P∨Q)∨R可省去括號(hào),因?yàn)榉仙鲜鲆?guī)定而P→(Q→R)中的括號(hào)不能省去,因?yàn)椤啊辈粷M足結(jié)合律。 (4)最外層的括號(hào)一律均可省去(P→Q∨R)可寫成P→Q∨R,,7.命題聯(lián)結(jié)詞小結(jié):(1)五個(gè)聯(lián)結(jié)詞的含義與日常生活中的聯(lián)結(jié)詞的含義大致相同。(2
14、)“或”可分為可兼或(∨)和異或( ▽ )(不可兼或) (3) 除“¬”為一元運(yùn)算外,其余四個(gè)均為二元運(yùn)算。(4)“→”當(dāng)前件為“F”時(shí),不論后件怎樣,則單條件命題的真值均為“T”。(5)命題聯(lián)結(jié)詞是命題或命題之間的聯(lián)結(jié)詞,而不是名詞之間、數(shù)字之間和動(dòng)詞之間的聯(lián)結(jié)詞。,,以上介紹了五種常用的聯(lián)結(jié)詞及其相應(yīng)的復(fù)合命題形式。數(shù)理邏輯的特點(diǎn)是把邏輯推理變成類似數(shù)學(xué)演算的完全形式化了的邏輯演算,為此,首先要把推理所涉及到的各命題
15、符號(hào)化。步驟如下:①找出各簡單命題,分別符號(hào)化。②找出各聯(lián)結(jié)詞,把簡單命題逐個(gè)聯(lián)結(jié)起來。約定: (1)我們只注意命題的真假值,而不再去注意命題的漢語意義。(2)對(duì)命題聯(lián)結(jié)詞,我們只注意真值表的定義,而不注意它日常生活中的含義。,,例. 將下列命題符號(hào)化:(1)李明是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生,他住在312室或313室。(2)張三和李四是朋友。(3)雖然交通堵塞,但是老王還是準(zhǔn)時(shí)到達(dá)了車站。(4)只有一個(gè)角是直角的三角形才是直角三角
16、形。(5)老王或小李中有一個(gè)去上海出差。,,解:(1)首先用字母表示簡單命題。P:李明是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生。Q:李明住在312室。該命題符號(hào)化為:P?Q(2)張三和李四是朋友。是一個(gè)簡單句該命題符號(hào)化為:P(3)首先用字母表示簡單命題。P:交通堵塞。 Q:老王準(zhǔn)時(shí)到達(dá)了車站。該命題符號(hào)化為:P?Q,,(4)首先用字母表示簡單命題。P:三角形的一個(gè)角是直角。Q:三角形是直角三角形。該命題符號(hào)化為:?P? ?Q
17、(5)首先用字母表示簡單命題。P:老王去上海出差。Q:小李去上海出差。也可符號(hào)化為: (P??Q)?(?P?Q)或者 (P ? Q) ? ? (P?Q),,作業(yè):P61:a、c、d、g、i、k3:a、c、e4:b、d,1.3 命題公式與真值表,1.命題公式命題常元:表示確定的命題{T,F(xiàn)}。命題變?cè)阂哉婕贋槠渥冇蛑冊(cè)驔]有指定真值的命題。常用大寫英文字母A…Z表示。命題公式:由命題變?cè)?、常元、?lián)結(jié)
18、詞、括號(hào),以規(guī)定的格式聯(lián)結(jié)起來的字符串。命題公式亦可稱為合式公式。,,定義:命題演算的合式公式規(guī)定為:1)單個(gè)命題變?cè)且粋€(gè)合式公式。2)若A是合式公式,¬A也為合式公式。3)若A、B是合式公式,則(AΛB)、(A∨B)、(A→B)、(A?B)均為合式公式。 4)當(dāng)且僅當(dāng)有限次使用 (1)(2)(3)所生成的公式才是命題公式。 (2)(3)即為關(guān)于聯(lián)結(jié)詞的運(yùn)算是封閉的。子公式:設(shè)Ai為公式的A的一部分,
19、且Ai是一個(gè)子公式,稱Ai是A的子公式。,,2.命題公式的真值表 :定義:命題變?cè)锰囟ǖ拿}來取代,這一過程稱為對(duì)該命題變?cè)M(jìn)行指派。真指派:指定的指派使得命題變?cè)獮檎?;假指派:指定的指派使得命題變?cè)獮檎妗C}公式可以看成是一個(gè)以真假值為定義域和真假值為值域的一個(gè)函數(shù)。 寫成y=f(x)例如:公式 P ?(Q ?R) 定義三元函數(shù) Y(P,Q,R)= P ?(Q ?R),,《定義》:命題公式A在其所有可能的
20、賦值下取得的值列成的表稱為A的真值表。真值表中,真值T、F可分別用1、0代替構(gòu)造真值表的步驟如下:1)找出給定命題公式中所有的命題變?cè)?,列出所有可能的賦值。2)按照從低到高的順序?qū)懗雒}公式的各層次。3)對(duì)應(yīng)每個(gè)賦值,計(jì)算命題公式各層次的值,直到最后計(jì)算出整個(gè)命題公式的值。,,例1.構(gòu)造命題公式¬((P∨Q)ΛP)的真值表:,2個(gè)命題變?cè)校唇M真值指派;3個(gè)命題變?cè)?3= 8組真值指派,n個(gè)則有個(gè)2n個(gè)真值指派,3
21、.命題公式的永真式、永假式和可滿足式,定義:設(shè)A為一命題公式,若A在它的各種指派情況下,其取值均為真,則稱公式A為重言式或永真式。定義:設(shè)A為一命題公式,若A在它的各種指派情況下,其取值均為假,則稱公式A為矛盾式或永假式定義:設(shè)A為一命題公式,若A在各種真值指派下至少存在一組成真指派,則稱A為可滿足式。(可滿足式為既不是永真式又不是永假式的命題公式)討論:(1)永真式的否定為永假式(¬T=F);永假式的否定為永真式(
22、¬F=T)。(2)二個(gè)永真式的析取、合取、蘊(yùn)含、等價(jià)均為永真式。,,列出A:(P??Q)?(P?Q) 與B:(P??R)?(P?R)的真值表:,1.4.1等價(jià)式,定義:如果對(duì)兩個(gè)公式A,B不論作何種指派,它們真值均相同,則稱A,B是邏輯等價(jià)的,亦說A(B)等價(jià)于B(A)。并記作:A?B,,定理:設(shè)X是合式公式A的子公式,若有Y也是一個(gè)合式公式,且X=Y,如果將A中的X用Y置換,得到公式B,則A ?B。例1:證明Q ?(P
23、∨(P ΛQ)) ?Q ?P。設(shè):A: Q ?(P∨(P ΛQ)) 因?yàn)?P∨(P ΛQ) ?P 故B:Q ?P,即A ?BP12例2、3、4P14 題2 a) P ? (Q ?P) ? ¬ P ∨ ( Q ?P ) ( 等值公式) ? ¬ P ∨ ( ¬ Q ∨ P) ( 等值公式)
24、 ? P ∨ ¬ P ∨ ¬ Q (交換律) ? ¬ P ? (¬ P ∨ ¬ Q) ( 等值公式) ? ¬ P ? ( P ? ¬ Q ) ( 等值公式) 得證,,定理:命題公式A?B的充要條件是A?B為永真式證明: (1)充分性:A?B為永真式,即
25、A、B有相同的真值,所以A?B。(2)必要性:A?B,即A、B有相同的真值表,所以A?B為永真式。說明:“?”為等價(jià)關(guān)系符,A?B表示A和B有等價(jià)關(guān)系。A?B不為命題公式 “?”為等價(jià)聯(lián)結(jié)詞(運(yùn)算符),A、B為命題公式,則(A?B)也為一命題公式。,1.4.2蘊(yùn)含式,定義:命題公式P稱為永真蘊(yùn)含命題公式Q,當(dāng)且僅當(dāng)P→Q是一個(gè)永真式, 記作:P?Q,稱P蘊(yùn)含Q。 “? ”是關(guān)系符,A? B不為命題公式例:證明:P? P
26、∨Q;PΛQ? P(1)列出真值表 證明:P→(P∨Q)和(PΛQ)→P為永真式(2)可用等價(jià)公式證:P→(P∨Q) ? ¬P∨(P∨Q)? T(PΛQ)→P? ¬(PΛQ)∨P ? ¬P∨ ¬Q∨P? T,,定理:設(shè)P、Q為任意兩個(gè)命題公式,P?Q的充分必要條件是P?Q, Q ? P。證明: 若P ? Q ,則P ? Q為一永真式由定律:
27、( P ? Q )?( P → Q )Λ( Q → P ) ∴( P → Q )且( Q → P )也為一永真式 即: P ? Q且Q ? P成立反之 P ? Q且Q ? P 則P?Q也成立此定理把“?”和“? ”之間建立了相應(yīng)的關(guān)系。說明若是要證明P?Q,只需證明P ? Q且Q ? P,,證明上述永真蘊(yùn)含式的方法有三種:(1)把“? ”關(guān)系符改為“→”聯(lián)結(jié)詞,證明它為永真式。(a)真值表法 (
28、b)命題演算法(2)*若前件為真,則命題公式為“T” ,只需找出使單條件命題前件為“T”的所有真值指派,試看能否導(dǎo)致后件均為“T”,若為“T”,則永真蘊(yùn)含關(guān)系成立。(3)* 由于( P → Q ) ? ( ¬ Q → ¬ P ),找出使單條件命題的后件均為“F”的所有真值指派,試看前件的所有真值是否為“F”,若是,則蘊(yùn)含成立。,,例:PΛ(P→Q) ? Q前件為“T”的所有指派為P、(P→Q)均為“T”,
29、P→Q為“T”,∵P為“T”,∴Q也應(yīng)為“T”,∴PΛ(P→Q) ? Q成立,例:¬QΛ(P→Q) ? ¬P后件為“F”的所有條件是:P為“T”, 代入前件得(?。┤簦褳椋?,則¬QΛ(P→Q)為“F”;(ⅱ)若Q為F,則¬QΛ(P→Q)為“F”; ∴¬QΛ(P→Q) ? ¬P成立,,討論一下永真式可得出三個(gè)結(jié)論:(1)若一個(gè)命題公式等價(jià)于一個(gè)永真式,則該公式一
30、定為永真式。(2)若一個(gè)永真的命題公式永真蘊(yùn)含一個(gè)命題公式,則此命題公式一定也為永真式。(3)若一個(gè)永假的命題公式永真蘊(yùn)含一個(gè)命題公式,則該公式可能是永真式、永假式或可滿足的。,常用的蘊(yùn)含式如下:,PΛQ? P (PΛQ? Q) 化簡式P?P∨Q (Q?P∨Q) 附加式¬P ?P→Q Q? P→Q 變形附加式¬(P→Q) ? P ¬(P→Q) ? ¬Q 變形
31、簡化式PΛ(P→Q) ?Q 假言推論¬QΛ (P→Q) ¬P 拒取式¬PΛ(P∨Q) ? Q 析取三段論(P→Q)Λ(Q→R) ? (P→R) 條件三段論(P?Q)Λ(Q?R) ? (P?R) 雙條件三段論(P→Q)Λ(R→S) Λ(P∨R)? (Q→S)合取構(gòu)造二難(P→Q)Λ(R→S) Λ(P∨R)? (QΛS)析取構(gòu)造二難P→Q? (P∨R→Q∨R) 前后件附加P→Q? (P
32、ΛR→QΛR) 前后件附加,,作業(yè):P14 b、d、fa、c、e,1.5.最小聯(lián)結(jié)詞與范式,任何一個(gè)命題公式都可由五個(gè)聯(lián)結(jié)詞進(jìn)行等價(jià)代換。(P?Q) ?(P→Q) Λ(Q→P) P→Q? ¬P∨Q PΛ Q? ¬ (¬P∨ ¬Q) P∨ Q? ¬( ¬PΛ ¬Q)由上式公式說明五個(gè)聯(lián)結(jié)詞均可以轉(zhuǎn)化為 {¬,∨},或{¬, Λ}
33、定義:我們把{¬,∨},或{¬, Λ}稱為命題公式或者最小聯(lián)結(jié)詞。一個(gè)命題公式的等價(jià)變換,可以有多種不同的形式表達(dá)。那如何能化成標(biāo)準(zhǔn)形式及范式的呢?定義:把命題公式化歸為一種標(biāo)準(zhǔn)的形式,稱此標(biāo)準(zhǔn)形式為范式。,,定義:一個(gè)命題公式稱為合取范式,當(dāng)且僅當(dāng)他具有形式:A1 Λ A2 Λ…ΛAn , A1 , A2 ,…An為命題變?cè)捌浞穸ǖ乃M成的析取式。定義:一個(gè)命題公式稱析取范式,當(dāng)且僅當(dāng)他具有形式:
34、A1 ∨ A2 ∨…∨An , A1 , A2 ,…An為命題變?cè)捌浞穸ǖ乃M成的合取式。命題變?cè)奈鋈∈揭喾Q為“和”。合取式亦稱為“積”。所以:合取范式為命題變?cè)捌浞穸ǖ暮椭e;析取方式為命題變?cè)捌浞穸ǖ姆e之和。,,求命題公式的析取范式方法可按下列三步(或四步)進(jìn)行:(1)利用等價(jià)公式:化去“→”、“?”聯(lián)結(jié)詞,把命題公式變?yōu)榕c其等價(jià)的用{¬,∧,∨}表達(dá)的公式。 例:
35、 P→Q?¬P∨Q, P?Q?(P∧Q)∨(¬P∧¬Q) ?(¬P∨Q)∧(P∨¬Q) (2)將“¬”深入到原子命題變?cè)?,并使變?cè)白疃嘀挥幸粋€(gè)“¬”詞。例: ¬(¬P∨¬Q)?¬ ¬P∧ ¬ ¬Q ?P∧Q(3)利用“
36、∧”對(duì)“∨”的分配,將公式化成為析取范式。(4)除去永假項(xiàng)得最簡析取范式。,,(例:求¬(P∨Q)?(P∧Q)的析取范式: 解:原式 ?(¬(P∨Q)∨ (P∧Q)) ∧ (¬(P∧Q)∨ ¬(P∨Q)) ?(¬ (P∨Q)∧ (P∧Q)) ∨ (¬ ¬ (P∨Q)∧ ¬ (P∧Q)) -----(1)化去?詞 ?(¬P∧ ¬
37、;Q∧P∧Q)∨((P∨Q)∧( ¬P∨ ¬Q)) -----(2)將“¬”深入到變?cè)懊?,并最多保留一個(gè)? ?( ¬P∧ ¬Q∧P∧Q)∨((P∧ ¬P)∨(P∧ ¬Q)∨( ¬P∧Q)∨(Q∧ ¬Q))-----(3)“∧”對(duì)“∨”的分配,化成為析取范式 ?(P∧¬Q)∨(¬P∧Q) -----(4)最簡析取范式,
38、,求一個(gè)命題公式的合取范式的方法和求析取范式的方法類同:第(1)、(2)步相同;第(3)利用“∨”對(duì)“∧”的分配就行;第(4)去掉永真的析取項(xiàng)。,,例:求Q∨¬(P→Q)∨¬(P∨Q)的合取范式原式 ? Q∨¬(¬P∨Q)∨¬(P∨Q) ——化去“→”詞?Q∨(P∧ ¬Q)∨( ¬P∧ ¬Q) —
39、—“¬”深入到變?cè)?,并最多保留一個(gè)?((Q∨P)∧(Q∨ ¬Q))∨( ¬P∧ ¬Q) ——“∨”對(duì)“∧”的分配 ?(Q∨P∨ ¬P)∧(Q∨ ¬Q∨ ¬P)∧(Q∨P∨ ¬Q)∧(Q∨ ¬Q∨ ¬Q)?T(最簡合取范式),,定義:在n個(gè)命題變?cè)暮先∈街?,若每個(gè)變?cè)捌浞穸ú⒉煌瑫r(shí)存在,且二者之一出現(xiàn)一
40、次且僅出現(xiàn)一次,稱為布爾合取或小項(xiàng)。例:命題變?cè)狿和Q,其小項(xiàng)為: P Λ Q, ¬P Λ Q, P Λ ¬Q, ¬P Λ ¬Q對(duì)三個(gè)命題變?cè)vP,Q,R,其小項(xiàng)為:P∧Q∧R、 P∧Q∧¬R、 P∧¬Q∧R、P∧¬Q∧¬R、 ¬P∧Q∧R、 ¬P∧Q∧¬R、¬P∧¬Q∧R、
41、2;P∧¬Q∧¬R,,有上式可知,若是有2個(gè)變?cè)№?xiàng)有22=4個(gè),若是有3個(gè)變?cè)?,小?xiàng)有23=8個(gè)。推廣到一般:n個(gè)命題變?cè)獦?gòu)成的不同小項(xiàng)有2n個(gè)(n∈I+)。使得每個(gè)極小項(xiàng)為真的賦值僅有一個(gè)。可以用二進(jìn)制編碼表示。P與¬P分別用1、0表示。例:對(duì)三個(gè)命題變?cè)vP∧Q∧R,其小項(xiàng)為:m111=P∧Q∧R、 m110=P∧Q∧¬R、 m101=P∧¬Q∧R、m10
42、0=P∧¬Q∧¬R、 m011= ¬P∧Q∧R、 m010= ¬P∧Q∧¬R、m001= ¬P∧¬Q∧R、 m000= ¬P∧¬Q∧¬R,,根據(jù)書本P17,表1.5.1可知:(1)每個(gè)小項(xiàng)具有一個(gè)相應(yīng)編碼,只有編碼與其真是指派相同時(shí),該小項(xiàng)真值為T,在其余2n-1種指派情況下為F。m011= ¬P∧Q∧R,只有當(dāng)P
43、、Q、R的真值分布為F、T、T是,小項(xiàng)m011= ¬P∧Q∧R真值為1,其余7種指派均為F。(2)任意兩個(gè)小項(xiàng)的的合取式永假;m100∧ m010=(P∧¬Q∧¬R)∧(¬P∧Q∧¬R) ?P∧ (¬P∧Q∧ ¬Q∧ ¬R∧¬R ?T(3)全體小項(xiàng)的析取式為用真。,,定義:對(duì)給定的命題公式來講,僅含有小
44、項(xiàng)的析取的等價(jià)式稱為給定命題公式的主析取范式。即小項(xiàng)之“和”為主析取范式。定理:在真值表中,一個(gè)公式的真值為T的指派所對(duì)應(yīng)的小項(xiàng)的析取,即為此公式的主析取范式。定理:任意含n個(gè)命題變?cè)姆怯兰偈矫}公式,其主析取式是唯一的。,,例:求出P→Q、P∨¬Q、 ¬(P∧Q)、P∧¬Q的主析取范式,P→Q?(¬P∧ ¬Q)∨( ¬P∧Q)∨(P∧Q)P∨
45、 ¬Q?( ¬P∧ ¬Q)∨(P∧ ¬Q)∨(P∧Q) ¬(P∧Q)? (¬P∧¬Q)∨(¬P∧Q)∨(P∧¬Q)P∧¬Q?(P∧¬Q),,討論此定理:(1)只要命題公式不是永假式,則一定可以根據(jù)該命題公式的真值表直接寫出其主析取范式,其方法是找出該公式為“T”的行,對(duì)應(yīng)寫出小項(xiàng)的析取式,且一定是唯一的。(2)若命題
46、公式是含有n個(gè)變?cè)挠勒媸剑瑒t它的主析取范式一定含有2n個(gè)極小項(xiàng)。(3)若二個(gè)命題公式對(duì)應(yīng)的主析取范式相同,則此二個(gè)命題公式一定是等價(jià)的。(4)命題公式的主析取范式中小項(xiàng)的個(gè)數(shù)一定等于對(duì)應(yīng)真值表中真值為“T”的個(gè)數(shù)。,,下面介紹不用真值表,直接求命題公式主析取范式的方法,分四步:(1)將命題公式化歸為與其等價(jià)的析取范式; (2)除去永假項(xiàng),合并基本積中相同項(xiàng)(例:P∧P∧Q?P∧Q),變?yōu)樽詈單鋈》妒健#ǎ常├锰碜冊(cè)姆椒ǎ?/p>
47、將所有析取范式變?yōu)樾№?xiàng)。例:二個(gè)變?cè)小ⅲ?,利用“∧”?duì)或“∨”的分配添項(xiàng) ?。?P∧(Q∨¬Q) ?(P∧Q)∨(P∧¬Q) Q?Q∧(P∨¬P) ?(P∧Q)∨(¬P∧Q)(4)合并相同的極小項(xiàng)變?yōu)橐豁?xiàng)。,,例1:求(P∧(P→Q))∨Q的主析取范式解:原式?(P∧¬P)∨(P∧Q)∨Q
48、 ----(1)化為析取范式? (P∧Q)∨Q ----(2)消去永假項(xiàng),變?yōu)樽詈單鋈》妒?(P∧Q)∨(Q∧(P∨¬P))?(P∧Q)∨(P∧Q)∨(¬P∧Q) ----(3)添項(xiàng)?(P∧Q)∨(¬P∧Q)
49、 ----(4)合并相同最小項(xiàng),,例2:證明P∨(¬P∧Q)?P∨Q 證明方法是寫出二個(gè)命題公式的主析范式,看其是否相同:(Q∨¬Q)∧P∨(¬P∧Q) ?(P∧Q)∨(P∧¬Q)∨(¬P∧Q)而P∨Q ? (P∧(Q∨¬Q))∨(Q∧(P∨¬P)) ?(P∧Q)
50、∨(P∧¬Q)∨(P∧Q)∨(¬P∧Q) ?(P∧Q)∨(P∧¬Q)∨(¬P∧Q)主析范式相同,∴有P∨(¬P∧Q) ?P∨Q,,定義:在n個(gè)命題變?cè)奈鋈∈街?,若每個(gè)變?cè)c其否定,并不同時(shí)存在,且二者之一出現(xiàn)一次且僅出現(xiàn)一次,則稱這種布爾析取或大項(xiàng)。P與¬P分別用0、1表示例:命題變?cè)狿和Q,其大項(xiàng)為: P ∨ Q, ¬P ∨ Q, P ∨
51、172;Q, ¬P ∨ ¬Q對(duì)三個(gè)命題變?cè)vP,Q,R,其大項(xiàng)為:M000=P∨Q∨R、 M001=P∨Q∨ ¬R、 M010=P∨ ¬Q∨R、M011=P∨ ¬Q∨ ¬R、 M100= ¬P∨Q∨R、 M101= ¬P∨Q∨ ¬R、M110= ¬P∨ ¬Q∨R、 M111= ¬P
52、∨ ¬Q∨ ¬R推廣到一般:n個(gè)命題變?cè)獦?gòu)成的不同大項(xiàng)有2n個(gè)(n∈I+)。使得每個(gè)大項(xiàng)為真的賦值僅有一個(gè)。,,定理:在真值表中,一個(gè)公式的真值為F的指派所對(duì)應(yīng)的大項(xiàng)的合取,即為此公式的主合取范式。在真值表中真值為“F”的個(gè)數(shù)等于主合取范式中大項(xiàng)的個(gè)數(shù)。定理:任意含有n個(gè)命題變?cè)姆怯勒婷}公式A,其主合取范式是唯一的。,,例:求出(P→Q)、(P∨Q)、¬(P∧Q)、(P∧Q)的主合取范式。
53、直接寫出其主合取范式: (P→Q) ?(¬P∨Q)(大項(xiàng))(P∨Q) ? (P∨Q) ¬(P∧Q) ?( ¬P∨ ¬Q)(P∧Q) ? (P∨Q)∧(P∨ ¬Q)∧( ¬P∨Q),,討論(1)與命題公式等價(jià)的主合范式中大項(xiàng)的個(gè)數(shù)等于其真值表中真值為“F”的個(gè)數(shù)。由真值表找大項(xiàng)的方法為:將表中值為“F”的對(duì)應(yīng)真值指派中,把變?cè)獙懗煞穸?,把變?cè)姆穸▽懗勺冊(cè)?。(2)?/p>
54、要命題公式不是永真式,則一定可以寫出對(duì)應(yīng)與其等價(jià)的唯一的主合取范式。3)若命題公式為含有n個(gè)變?cè)挠兰偈?,則主合取范式包含了2n個(gè)大項(xiàng)的合取式。(4)可用主合取范式判定二個(gè)命題公式是否等價(jià)。,,5)已知一個(gè)命題公式的主析取范式,則一定可以直接寫出與其等價(jià)的主合取范式來。反之也行。例:P∨ ¬Q ?( ¬P∧ ¬Q)∨(P∧¬Q)∨(P∧Q)
55、 ……主析范式 ?¬ ( ¬P∧Q)?P∨ ¬Q……主合取范式(6)對(duì)應(yīng)于有n個(gè)變?cè)拿}公式,則一定有:主析范式極小項(xiàng)數(shù)+主合范式極大項(xiàng)數(shù)= 2n,,下面介紹不用真值表求一命題公式主合取范式的方法:(1)化為與命題公式等價(jià)的合取范式;(2)除去真值為“T”的析取項(xiàng)和除去析取項(xiàng)中相同變?cè)抑槐A粢粋€(gè),變?yōu)樽詈喓先∈剑?/p>
56、(3)添項(xiàng),使析取項(xiàng)均變?yōu)闃O大項(xiàng);例如:P、Q為二個(gè)變?cè)?,即:?P∨(Q∧?Q) ? (P∨Q)∧(P∨ ?Q)(4)合并相同的極大項(xiàng),保留一項(xiàng)。例:求P∧(P→Q)∨Q的主合取范式 解:原式 ?P∧(¬P∨Q)∨Q ?(P∧Q)∨Q ?(P∨Q) ∧Q ? (P∨Q)∧( ?P∨Q),,根據(jù)小項(xiàng)與大項(xiàng)的剛好相反的編碼規(guī)則,主析取式與主合取式可以寫成統(tǒng)一
57、的編碼:(P∧(P→Q))∨Q?(P∧Q)∨(¬P∧Q)(主析取式)=m11 ∨m01=∑(1,3)?(P∨Q)∧ (¬P∧Q)(主合取式)=M 00∧M10 =∏(0,2)¬(P∧Q)? (¬P∧¬Q)∨(¬P∧Q)∨(P∧¬Q)(主析取式)= m00 ∨m01 ∨m10 =∑(0,1,2) ?( ¬P∨ ¬Q)
58、 (主合取式)= m11 = ∏(3),m,M的小標(biāo)為二進(jìn)制,而∑, ∏的小標(biāo)為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制,,已知A主析取式范式,如何求主合取式范式?求出A的主析取式中為包含小項(xiàng)的小標(biāo)。把1的求出的小標(biāo)寫成與之相反的對(duì)應(yīng)大項(xiàng)。把2中寫成的大項(xiàng)合取,幾位A的主合式范式。,1.6.推理理論,按公認(rèn)的推論規(guī)則,從前提集合中推導(dǎo)出一個(gè)結(jié)論來,這樣的推導(dǎo)過程稱為演繹,或者叫形式證明。在任何論證中,若認(rèn)定前提是真的,且從前提集合推導(dǎo)出結(jié)論的論
59、證是遵守了邏輯規(guī)則的,則我們稱此結(jié)論是合法的。根據(jù)邏輯規(guī)則推導(dǎo)出來的任何結(jié)論稱為有效結(jié)論。推論規(guī)則就是指確定論證的有效性的判據(jù),常是用命題形式表示這些規(guī)則,而不涉及實(shí)際命題和它的真值。,,本節(jié)介紹的證明方法,歸納分成三類:(一)真值表技術(shù);(二)主范式方法及等值演算法;(三)構(gòu)造論證。 真值表技術(shù)的主要依據(jù)是“→”的真值表定義。若P?Q當(dāng)且僅當(dāng)(P→Q)為永真式。,1.6.1真值表技術(shù),定義:設(shè)H1,H2,…Hm,C都是
60、命題公式,當(dāng)且僅當(dāng)H1 ∧ H2 ∧ … ∧ Hm ?C,才可以說C是前提集合{ H1,H2,…Hm }的有效結(jié)論。從給定真值表常用的判斷方法有二種: (1)檢查真值表中H1,H2,…Hm全部為“T”的所有行,看結(jié)論C是否也均為“T”,若C均為“T”,則結(jié)論有效。否則結(jié)論無效。(2)看結(jié)論C為“F”的所有行,檢查每行前提H1,H2,…Hm中是否至少有一個(gè)為F,若有“F”,則結(jié)論有效;若有均為“T”的行,則結(jié)論無效。,,例:試證明
61、下列結(jié)論是否有效,畫出真值表:,由真值表可見:(1)P,P→Q?Q 有效(2)P→Q,?P?Q 無效(3)P→Q, ? (P∧Q) ? ?P 有效(4) ?P,P?Q? ? (P∧Q) 有效(5)P→Q,Q?P 無效,,例:H1:如果大連是一個(gè)大城市,則大寨是一個(gè)鄉(xiāng)村; P→Q H2:大寨是一個(gè)鄉(xiāng)村
62、; ?。选。茫捍筮B是一個(gè)大城市; ?。袆t:P→Q,Q?P 無效或者稱:P不能從前提集合中推導(dǎo)出來。,1.6.2主范式方法及等值演算法,表1.6.2及表1.6.3是常用的等值公式及蘊(yùn)含公式在推理過程中,如果命題變?cè)^多,會(huì)多次使用表1.6.2及表1.6.3。每一個(gè)推理過程就是一系列命題公式序列,其中命題公式或者是已知的前提,或者是由某些前提應(yīng)用推理規(guī)則得到的結(jié)論。常用的推理規(guī)則有:P規(guī)則:在推導(dǎo)的任何步驟上都可以引入前提(條
63、件)T規(guī)則(1)在證明的任何步驟上,所證明的結(jié)論都可以作為后續(xù)證明的前提。 (2)等價(jià)的命題公式置換。,,例2 證明: (P∨Q),(P ?R),(Q ?S)?S∨R 步驟 推理過程 規(guī)則 根據(jù) (1) (P∨Q) P (2) ? P ?Q T(1) E16 (3)
64、 Q ?S P (4) ? P ?S T(2)(3) I6 (5) ? S ?P T(4) E18 (6) P ?R P (7) ? S ?R T(6) I6 (8) S∨R T(7)
65、 E16,1.6.3間接證明(反證法,歸謬法),定義:由一組前提H1,H2,…,Hn,利用一些公認(rèn)的推理,根據(jù)已知的等價(jià)或蘊(yùn)含公式推演得到的一個(gè)結(jié)論,級(jí)命題公式C,記作: H1 ∧ H2 ∧ …∧ Hn┣C定理:推理H1 ∧ H2 ∧ …∧ Hn┣C為有效推理的充分必要條件是H1 ∧ H2 ∧ …∧ Hn ? C為永真式。定義:設(shè)H1 , H2 ,…, Hn 是可滿足式。則稱H1 , H2 ,…, Hn 是相容的,
66、若H1 , H2 ,…, Hn 是永假式稱H1 , H2 ,…, Hn 是不相容的定理:若H1 ∧ H2 ∧ …∧ Hn ? ? C為永假式,則H1 ∧ H2 ∧ …∧ Hn┣C成立,,例:證明: R?¬Q, R∨S , S?¬Q, P?Q ? ¬P (1) ¬ (¬P) 假設(shè)前提 (2) P T(1)
67、 (3) P?Q P (4) Q T(2)(3) (5) S?¬Q P (6) Q?¬S T(5) (7) ¬S T(4)(6) (8) R∨S P (9) R T(7)(8)
68、 (10) R?¬Q P (11) ¬Q T(9)(10) (12)Q ∧ ¬Q T(4)(11),,CP規(guī)則:如果能從Q和給定的前提集合P中推導(dǎo)出R來,則就能從前提集合中推導(dǎo)出(Q ? R)來。即: (P∧Q?R)則:P ? (Q?R)例2: P?Q ? P?(P ∧Q) (1) P
69、 附加前提 (2) P?Q P (3) Q T(1)(2) I (4) P ∧Q T(1)(3) (5) P?(P ∧Q) CP,,例:一位計(jì)算機(jī)工作者協(xié)助公安人員審查一起謀殺案,經(jīng)調(diào)查,他認(rèn)為下列情況均是真的。 (1)會(huì)計(jì)張某或鄰居王某謀害了廠長。 (2)
70、如果會(huì)計(jì)張某謀害了廠長,則謀害不可能發(fā)生在半夜。 (3)如果鄰居王某的證詞不正確,則在半夜時(shí)房里燈光未滅。 (4)如果鄰居王某的證詞是正確的,則謀害發(fā)生在半夜。 (5)在半夜房子里的燈光滅了,且會(huì)計(jì)張某曾貪污過。解:設(shè) P:會(huì)計(jì)張某謀害了廠長 Q:鄰居王某謀害了廠長 N:謀害發(fā)生在半夜 O:鄰居王某的證詞是正確的 R:半夜時(shí)房子的
71、燈光滅了 A:會(huì)計(jì)張某曾貪污過,,列出條件公式: (1) P∨Q (4) O?N (2) P?¬N (5) R?A (3) ¬O? ¬ R推導(dǎo)過程為: (1) R?A P (6) N T
72、(2) R T (7) P?¬N P(3) ¬O? ¬R P (8) ¬P T(4) O T (9) P∨Q P(5) O? N P (10) Q T結(jié)論:鄰居王
73、某謀害了廠長;,,作業(yè)P261 a、c、d4 b,,學(xué)習(xí)第一章要注意以下幾點(diǎn):(1)弄清命題與陳述句的關(guān)系。(2)弄清由5種基本聯(lián)結(jié)詞聯(lián)結(jié)的復(fù)合命題的邏輯關(guān)系及其真值。特別是要弄清蘊(yùn)含式”P?Q“的邏輯關(guān)系及其真值。(3)記住常用的蘊(yùn)含式和等價(jià)式,這是學(xué)好命題邏輯的關(guān)鍵問題。(4)會(huì)準(zhǔn)確地求出給定公式的主析取范式和主合取范式。掌握主析取范式與真值表、成真賦值、主合取范式的關(guān)系。(5)會(huì)用多種方法判斷公式的類型及判斷兩個(gè)公
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