Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра АПРиС

Курсовая работа

по дискретной математике

«Полином Жегалкина»

Выполнили:

Проверила:

Шерыхалина Н.М.

Уфа – 2008

Оглавление

Цель работы

Введение

Теоретическая часть

Алгоритм

Блок-схемы

Листинг программы

Тестирование программы

Заключение

Список использованной литературы:

Цель работы

Целью данной работы является изучение булевых функций, разработка алгоритма их представления в виде полинома Жегалкина и написания программы, реализующей этот алгоритм.

Введение

В курсе дискретной математики изучаются функции, область определения которых – дискретное множество. Простейшим (но нетривиальным) таким множеством является множество, состоящее из двух элементов.

Теоретическая часть

Полнота и замкнутость

Определение 1: Система функций из P2 (множества всех булевых функций) называется функционально полной, если любая булева функция может быть записана в виде формулы через функции этой системы.

Пример:

1) Само множество ;

2);

3) - не полна.

Теорема 1. Пусть даны две системы функций из

, (I)

. (II)

Известно, что система I полная и каждая функция системы I выражается через функции системы II. Тогда система II является полной.

Доказательство: Пусть . В силу полноты системы I , функцию h можно выразить в виде формулы .

По условию теоремы

Поэтому

ч. т. д.

Примеры:

1) - полная.

2) - тоже полная, так как .

3) - тоже полная.

4) - тоже полная, так как

,

,

. ((2) – I)

5) - неполная.

Докажем это от противного.

Предположим, что .

Но .

Противоречие.

6) - неполная (сохраняет константу 0).

6’) - полная.

7) - неполная (сохраняет константу 1).

8)

тогда взяв в качестве системы I систему 2) можно заключить, система функций 8) – полная. Тем самым, справедлива

Теорема Жегалкина. Каждая функция из может быть выражена при помощи полинома по модулю 2 – (полинома Жегалкина):

,

где . (1)

Имеем: число разных сочетаний равно числу подмножеств множества из n элементов. Каждое aik может принимать одно из 2-х значений {0,1}. Тогда число разных полиномов Жегалкина равно , т.е. равно числу различных булевых функций.

Т. о. получаем единственность представления функций через полином Жегалкина.

Способы представления функции в виде полинома Жегалкина

1) Алгебраические преобразования

.

Пример:

2) Метод неопределенных коэффициентов

- искомый полином Жегалкина (реализующий функцию ).

Вектор из формулы (1) будем называть вектором коэффициентов полинома .

Нам нужно найти неизвестные коэффициенты .

Поступаем так. Для каждого составим уравнение , где - выражение, получаемое из (1) при . Это дает систему из уравнений с неизвестными, она имеет единственное решение. Решив систему, находим коэффициенты полинома .

3) Метод, базирующийся на преобразовании вектора значения функции

Пусть - вектор значений функции.

Разбиваем вектор на двумерные наборы:

.

Операция T определена следующим образом:

.

Применяем операцию Т к двумерным наборам:

Используя построенные наборы, конструируем четырехмерные наборы, которые получаются в результате применения операции Т к четырехмерным наборам, выделяемым из .

Затем от четырехмерных наборов переходим (аналогично) к восьмимерным и т.д., пока не построим - мерный набор. Он и будет искомым вектором коэффициентов полинома .

Пример:

Пусть вектор значений функций = (0,0,0,1,0,1,1,1)

Полученный вектор является искомым векторов коэффициентов полинома .

Определение 2: Пусть M – некоторое подмножество функций из P2. Замыканием M называется множество всех булевых функций, представимых в виде формул через функции множества M. Обозначается [M].

Замечание. Замыкание инвариантно относительно операций введения и удаления фиктивных переменных.

Примеры.

1) M=P2, [M]=P2.

2) M={1,x1x2}, [M] – множество L всех линейных функций вида

, (ci{0,1}).

Свойства замыкания:

1. Если М замкнуто, то [M]=M;

2. [[M]]=[M];

3. M1M2  [M1][M2];

4. [M1M2][M1][M1].

Определение 3. Класс (множество) M называется (функционально) замкнутым, если [M]=M.

Примеры.

1. Класс M=P2 функционально замкнут;

2. Класс {1,x1x2} не замкнут;

3. Класс L замкнут (линейное выражение, составленное из линейных выражений линейно).

Новое определение полноты. M – полная система, если [M]=P2.

Алгоритм

булевой функция полином жигалкин

В данной программе был реализован метод неопределенных коэффициентов для построения полинома Жегалкина.

1. Получить таблицу истинности для определенного количества переменных;

2. Заполнить значения функции для каждого из наборов таблицы истинности;

3. Последовательно вычислить неизвестные коэффициенты;

4. Записать функцию в виде полинома Жегалкина с вычисленными коэффициентами.

x1

x2

x3

f

0

0

0

f1

0

0

1

f2

0

1

0

f3

0

1

1

f4

1

0

0

f5

1

0

1

f6

1

1

0

f7

1

1

1

f8

.

Листинг программы:

#include

#include

int FuncVolume (int &f)

{

do {cout <<"Vvedite znachenit funkcii na dannom nabore :"<

cin>>f;

if ((f!=0)&&(f!=1))

cout<<"Error!!!Funkciya mojet prinimat' znachenie libo 0 libo 1!\n";

}

while ((f!=0)&&(f!=1));

return f;

}

void main()

{

clrscr();

const N=8;

int m[5];

int f[N],a[N];

for (int i =0; i

{

FuncVolume (f[i]);

}

a[0]= f[0];

a[3]=f[0]^f[1];

a[2]=f[0]^f[2];

a[1]=f[0]^f[4];

m[0]=f[1]^a[2]^a[3];

a[5]=m[0]^f[3];

m[1]=f[1]^a[1]^a[3];

a[6]=m[1]^f[5];

m[2]=f[1]^a[1]^a[2];

a[4]=m[2]^f[6];

m[3]=a[3]^a[4]^a[5];

m[4]=m[2]^m[3]^a[6];

a[7]=m[4]^f[7];

cout<<"\n\nTablica istinnosti dlya dannoy funkcii : \n\n";

cout<<"x_1 x_2 x_3 f\n\n";

cout<<" 0 0 0 "<

<<"\n 0 0 1 "<

<<"\n 0 1 0 "<

<<"\n 0 1 1 "<

<<"\n 1 0 0 "<

<<"\n 1 0 1 "<

<<"\n 1 1 0 "<

<<"\n 1 1 1 "<

cout<<"\n\nZnachenie koefficientov v polimome Jigalkina : \n\n" ;

for (i=0; i

{

cout<<"a_"<

cout<<"Polinom Jigalkina dlya dannoy funkcii imeet vid : \n f = "<

<<"^("<

<<a[7]<<"*x_1*x_2*x_3)";

getch();

}

Тестирование программы:

На каждом наборе вводятся единицы, то есть функция является тождественной единицей. Простейшая проверка на правильность работы программы:

Так же реализована проверка на правильный ввод данных:

Заключение

В курсовой работе был реализован метод неопределенных коэффициентов для представления функции в виде полинома Жегалкина. По данному алгоритму на языке С++ была написана программа, результат которой был продемонстрирован.

Список использованной литературы

1. Яблонский С.В. Введение в дискретную математику. — М.: Наука. — 1986

2. Н.А.Ахметова, З.М.Усманова Дискретная Математика. Функции алгебры логики учебное электронное издание – Уфа – 2004

3. Гаврилов Г. П., Сапоженко А. А. Задачи и упражнения по дискретной математике: Учебное пособие. – 3-е изд., перераб. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.