Какие бывают логические выражения в информатике

Логические операторы это специальные символы, которые изменяют или комбинируют логические значения типа Boolean — true и false.

Логические операторы это специальные символы (или сочетания символов), которые изменяют или комбинируют логические значения типа Boolean — true и false. Их используют чтобы создавать сложные условия, например в циклах.

Логические операторы

Оператор НЕ (!, not)

Выражение вида !true равно false и наоборот. ! — унарный оператор (применяется к одному операнду), он помещается перед операндом.

Оператор И (, and)

Выражение вида a b будет равно true только тогда, когда и а и b равны true.

Оператор ИЛИ (||, or)

Выражение a || b будет равно true, когда или a, или b (или оба) равен true.

Оператор исключающее ИЛИ (^, xor)

Выражение a ^ b будет равно true, когда только один из операндов имеет значение true. Подробно о применении xor рассказывается в статье «Практика применения XOR в программировании »

Оператор эквивалентности ==

Выражение a == b будет равно true, когда a и b имеют одинаковые значения.

Оператор неравенства !=

Выражение a != b будет равно true, когда a и b имеют разные значения.

Методы вычисления

Логика выражений необходима для строения составных высказываний. Они состоят из простых выражений за счет соединения их друг с другом при помощи операций логики «не», «и», «или». Для определения ложности либо истинности рассматриваются составные символы.

• постоянные величины;
• объекты.

С учётом значений переменных выражение может иметь одно из следующих значений: истина либо ложь. Составные выражения строятся из простых при помощи логических действий, которые соответствуют связкам, употребляемым в естественном языке. Пример: значение инверсии — «неверно, что», а конъюнкции — «и», «но», «хотя». Существует определённый порядок выполнения логических операций в информатике:

1. отрицание (инверсия);
2. умножение (конъюнкция);
3. сложное и простое сложение (дизъюнкция);
4. следствие (импликация);
5. тождество (эквивалентность).

Для изменения последовательности, указанной в схеме, применяются скобки. К сложным функциям относится конъюнкция.

Согласно формуле, истинно в том и только в том случае, если 2 простых высказывания являются истинными. Подобное значение возможно в одном случае, а во всех других оно ложное. Обозначение конъюнкции:

= «графические исследования Шеннона используются в алгебре».

Информатика 8 класс (Урок№5 — Высказывания и операции с ними.)

Выражение считается истинным, когда одновременно истинны два высказывания. Базовые значения исходных данных указываются в специальной таблице истинности логических операций. Двоичные числа, которые соответствуют высказываниям, располагаются в схеме в возрастающем порядке. В последнем столбике записывается результат выполненных операций для конкретных операндов (аргумент). Свойства логического умножения:

• если один элемент ложный, тогда вся конъюнкция ложная для конкретного набора значений;
• если выражения истинны, тогда всё уравнение будет истинной;
• результат всей конъюнкции сложного высказывания не зависит от порядка следования элементов.

Логическое сложение

В информатике часто используется такой вид операции, как дизъюнкция. Случай, когда нужно исключать истинное сложение — все подвыражения ложны. Символы, которые используются для обозначения операции: +, ∨. Базис свойств сложного сложения:

• любое подвыражение истинно, значит, вся дизъюнкция будет истинной;
• если все определения из списка ложны, тогда вся дизъюнкция ложна.

Результат не зависит от порядка расположения знаков логической операции. Для решения дизъюнкции используются 2 выражения. Первое: = «Лейбниц применил в информатике математические символы», второе: = «Лейбниц основал бинарную арифметику».

В результате преобразования описанных выражений получается следующий результат: «Идея использования в информатике математических символов принадлежит Лейбницу, или он основал бинарную арифметику».

Сложное высказывание считается ложным, если одновременно неверны два первоначальных понятия. В основе записи дизъюнкции находятся нули и единицы.

Влияние на работу компьютера

Логические операции составляют основу работы вычислительных систем. На физическом уровне компьютеры основаны на транзисторах, которые могут находиться в одном из двух состояний: открытое (проводящее) или закрытое (непроводящее). Эти состояния соответствуют логическим значениям истина и ложь.

Комбинации транзисторов могут выполнять базовые логические операции, такие как инверсия, конъюнкция и дизъюнкция. Таким образом, при помощи логических операций компьютеры могут выполнять сложные алгоритмы, принимать решения и обрабатывать информацию.

В программировании логические выражения используются для создания условных конструкций, циклов и других элементов управления потоком выполнения программы.

Понимание логических операций и их свойств критически важно для изучения информатики. Они являются основой для разработки алгоритмов, программирования и, в конечном итоге, для всего, что делает компьютер таким мощным инструментом.

Основные операции

Математика, информатика, программирование и другие науки немыслимы без анализа, а также построения теорий по заданным вопросам. Здесь без мышления логического характера не обойтись. Соответствующий момент активно применяется в приложениях — не только сложных, но и элементарных.

Чтобы понять, как работает логи ческая цепочка в калькуляторах истинности, стоит запомнить ключевые операции над логическими выражениями. Всего их несколько:

• конверсия;
• дизъюнкция;
• конъюнкция;
• строгая дизъюнкция;
• импликация;
• эквивалентность.

В программировании также стоит обратить внимание на запись исключающего или. Это – операция XOR.

Порядок обработки

При изучении формулы логики заданных высказываний стоит запомнить порядок (приоритет) обработки операций в сложном выражении. Выполняются манипуляции так:

• инверсия (логическое отрицание);
• конъюнкция (логическое умножение);
• дизъюнкция (логическое сложение);
• импликация;
• эквивалентность.

Для того, чтобы изменить прописанный порядок выполнения обработки данных, необходимо в логических выражениях использовать скобки.

Логические функции

Математическая логика (она же булева алгебра) является неотъемлемым блоком знаний как в школьном курсе информатики, так и в ОГЭ.

Цель логики как науки – определить, истинно или ложно некоторое высказывание, а также прослеживать связь между высказываниями относительно друг друга. Высказывания обозначаются логическими переменными, которые могут принимать лишь два значения:

Истина = 1, Ложь = 0

Логические выражения (которые состоят из более чем одного высказывания) на естественном языке образуются с помощью связок «И», «ИЛИ», «НЕ». В математической логике аналогом этих связок являются базовые логические операции — конъюнкция, дизъюнкция и инверсия.

Чтобы определить значение составного логического выражения, надо знать значения входящих в него логических переменных (высказываний). Чтобы рассмотреть все возможные случаи, в булевой алгебре есть специальный аппарат — таблица истинности.

Таблица истинности строится следующим образом: в столбцах записываются логические переменные и само выражение, а в строках — всевозможные комбинации переменных и соответствующий для них результат выражения.

Для выражения, содержащего n переменных, количество комбинаций для них будет равно 2 n . Подробнее про таблицы истинности написано ниже.

Логическое умножение (И). Конъюнкция

Конъюнкция (логическое умножение, логическое «И») обозначает объединение двух или нескольких высказываний в одно таким образом, что результат будет истинным тогда и только тогда, когда истинны все входящие в него высказывания.

Логические выражения и таблица истинности

Таблица истинности — таблица, показывающая, какие значения принимает составное высказывание при всех сочетаниях (наборах) значений входящих в него простых высказываний.

Логическое выражение — составные высказывания в виде формулы.

Равносильные логические выражения – логические выражения, у которых последние столбцы таблиц истинности совпадают. Для обозначения равносильности используется знак «=».

Алгоритм построения таблицы истинности:

1. подсчитать количество переменных n в логическом выражении;

2. определить число строк в таблице по формуле m=2 n , где n — количество переменных;

3. подсчитать количество логических операций в формуле;

4. установить последовательность выполнения логических операций с учетом скобок и приоритетов;

5. определить количество столбцов: число переменных + число операций;

6. выписать наборы входных переменных;

7. провести заполнение таблицы истинности по столбцам, выполняя логические операции в соответствии с установленной в пункте 4 последовательностью.

Заполнение таблицы:

1. разделить колонку значений первой переменной пополам и заполнить верхнюю часть «0», а нижнюю «1»;

2. разделить колонку значений второй переменной на четыре части и заполнить каждую четверть чередующимися группами «0» и «1», начиная с группы «0»;

3. продолжать деление колонок значений последующих переменных на 8, 16 и т.д. частей и заполнение их группами «0» или «1» до тех пор, пока группы «0» и «1» не будут состоять из одного символа.

Пример 1. Для формулы A/ (B / ¬B /¬C) постройте таблицу истинности.

Количество логических переменных 3, следовательно, количество строк — 2 3 = 8.

Количество логических операций в формуле 5, количество логических переменных 3, следовательно количество столбцов — 3 + 5 = 8.

Пример 2. Определите истинность логического выражения F(А, В) = (А/ В)/(¬А/¬В) .

1. В выражении две переменные А и В (n=2).

2. mстрок=2 n , m=2 2 =4 строки.

3. В формуле 5 логических операций.

4. Расставляем порядок действий

1) А/ В; 2) ¬А; 3) ¬В; 4) ¬А/¬В; 5) (А/ В)/(¬А/¬В).

5. Кстолбцов=n+5=2+5=7 столбцов.

А

В

А/ В

¬А

¬В

¬А/¬В

F

0

1

1

0

Вывод: логическое выражение принимает значение истина при наборах F(0,1)=1 и F(1,0)=1.

Пример 3. Построёте таблицу истинности для логического выражения

F = (A/ B) / ¬С

1. В данной функции три логические переменные – А, В, С
2. количество строк таблицы = 2 3=8
3. В формуле 3 логические операции.
4. Расставляем порядок действий

1) А/ В; 2) ¬С; 3) (AVB) / ¬С .

1. количество столбцов таблицы = 3 + 3 = 6

А

В

С

A/B

(A/B) / ¬С

0

0

1

0

1

0

1

0

Пример 4. Определите истинность формулы: F = ((С /В) => В) / (А / В) => В.

Построим таблицу истинности этой формулы.

Ответ: формула является тождественно истинной.

Пример 5. Символом F обозначено одно из указанных ниже логических выражений от трех аргументов: X, Y, Z.

Дан фрагмент таблицы истинности выражения F:

Какое выражение соответствует F?

Решение (вариант 1, через таблицы истинности):

Чтобы решить данную задачу можно построить часть таблицы истинности для каждой из четырех функций, заданных в ответе для заданных наборов входных переменных, и сравнить полученные таблицы с исходной:

X

Y

Z

F

¬X/¬Y/Z

¬X/¬Y/Z

X/Y/¬Z

X/Y/Z

1

1

0

0

1

1

Очевидно, что значения заданной функции F совпадают со значениями выражения X/Y/¬Z. Следовательно, правильный ответ – 3.

Ответ: 3

Решение (Вариант 2):

Чтобы не строить таблицу истинности для каждого выражения, можно просто перепроверить предложенные ответы по заданной таблице истинности. Т.е. в каждую из четырех предложенных функций последовательно подставлять значения переменных X, Y и Z, из заданной таблицы истинности и вычислять значения логического выражения. Если значения вычисляемого выражения совпадут со значением F во всех трех строчках заданной таблицы, то это и есть искомое выражение.

Рассмотрим данный конкретный пример:

1) первое заданное выражение ¬X/¬Y/Z = 0 при X=0, Y=0, Z=0, что не соответствует первой строке таблицы;

2) второе заданное выражение ¬X/¬Y/Z = 1 при X=0, Y=0, Z=1, что не соответствует второй строке таблицы;

3) третье выражение X/Y/¬Z соответствует F при всех предложенных комбинациях X,Y и Z;

4) четвертое выражение X/Y/Z = 1 при X=0, Y=0, Z=1, что не соответствует второй строке таблицы.

Ответ: 3

Стрелка Пирса

Бинарная логическая операция, булева функция над двумя переменными. Названа в честь Чарльза Пирса и введена в алгебру логики в $1880—1881$ гг.

Обозначения: $downarrow$ , ИЛИ-НЕ

Таблица истинности для стрелки Пирса

Стрелка Пирса, как и конъюнкция, дизъюнкция, отрицание, образует базис для булевых функций двух переменных. При помощи стрелки Пирса, можно построить все остальные логические операции, например:

$X downarrow X = ¬X$— отрицание

$(X downarrow Y) downarrow (X downarrow Y) equiv X vee Y$ — дизъюнкция

$(X downarrow X) downarrow (Y downarrow Y) equiv X wedge Y$ — конъюнкция

$((X downarrow X) downarrow Y) downarrow ((X downarrow X) downarrow Y) = X to Y$ — импликация

В электронике стрелка Пирса представлена в виде элемента, который носит название «операция 2ИЛИ-НЕ» (2-in NОR).

Штрих Шеффера

Булева функция двух переменных или бинарная логическая операция. Введена в рассмотрение Генри Шеффером в 1913 г.

Обозначения: $|$, эквивалентно операции И-НЕ.

Таблицей истинности для функции штрих Шеффера

Штрих Шеффера образует базис для всех булевых функций двух переменных. Применяя штрих Шеффера можно построить остальные операции, например,

$X mid X = ¬X$ — отрицание

$(X mid Y) mid (X mid Y) = (X wedge Y)$ — конъюнкция

$(X mid X) mid (Y mid Y) = X vee Y$ — дизъюнкция

Для электроники это означает, что реализация схем возможна с использованием одного типового элемента (правда это дорогостоящий элемент).

Штрих Шеффера

Булева функция двух переменных или бинарная логическая операция. Введена в рассмотрение Генри Шеффером в 1913 г.

Обозначения: $|$, эквивалентно операции И-НЕ.

Таблицей истинности для функции штрих Шеффера

Штрих Шеффера образует базис для всех булевых функций двух переменных. Применяя штрих Шеффера можно построить остальные операции, например,

$X mid X = ¬X$ — отрицание

$(X mid Y) mid (X mid Y) = (X wedge Y)$ — конъюнкция

$(X mid X) mid (Y mid Y) = X vee Y$ — дизъюнкция

Для электроники это означает, что реализация схем возможна с использованием одного типового элемента (правда это дорогостоящий элемент).

Порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении

1. Инверсия(отрицание);
2. Конъюнкция (логическое умножение);
3. Дизъюнкция и строгая дизъюнкция (логическое сложение);
4. Импликация (следствие);
5. Эквивалентность (тождество).

Для того чтобы изменить указанный порядок выполнения логических операций, необходимо использовать скобки.