逻辑函数的表示方法

by Gokong

相邻项

  • 相邻项:相邻两项,只有一个变量不同,且该变量以相反的形式出现。
  • (性质):相邻项相加可以消去一项,例如:$F=ABC+A\bar{B}C=AC(B+\bar{B})=AC$

表示逻辑函数的常用方法

  • 逻辑表达式:
    • 由逻辑变量和与或非三种运算符构成的式子。
    • 例如,异或函数:当两个变量取值相同时,函数取值为0;否则,函数取值为1. $$F=f\left ( A,B \right )=A\bar{B}+\bar{A}B$$
  • 真值表
  • 卡诺图

逻辑函数表达式的基本形式:

  • “与或”表达式: “与项”的“逻辑或”构成“与或”表达式。即,积之和
  • “或与”表达式: “或项”的“逻辑与”构成“或与”表达式。即,和之积
  • 若逻辑函数以混合形式出现,则既不是与或表达式,也不是或与表达式。

最小项与最大项

最小项及最小项表达式:

  • “标准与或表达式”,又称作“最小项表达式”。
  • 定义:设有n个逻辑变量,它们组成的“与项”中,每个变量或以原变量或以反变量的形式出现一次且仅出现一次,则称这个“与项”为n变量的最小项。记作:$m_{i}$
    • 最小项编号的记忆方法:$A$为1,$\bar{A}$为0,带入编号使“与项”值为1.例如:$A\bar{B}\bar{C}$,带入100,其逻辑值为1,故$A\bar{B}\bar{C}$的编号为$m_{4}$ .

最小项的性质

  • 对于任意一个最小项$m_{i}$ ,有且仅有一组变量的取值能使其为1.(即最小项为1的概率最小,也因此得名)
  • 任意两个最小项的逻辑积为0.
  • 所有最小项的逻辑和为1.

最小项表达式

最小项表达式(标准与或表达式、主析取范式):将逻辑函数用最小项之和的形式来表示。 例如:

$$F=\overline{AB}+A\overline{B}+AB=m_{0}+m_{2}+m_{3}=\sum m^{2}\left ( 0,2,3 \right )$$

性质:

  • 若$m_{i}$是n变量逻辑函数$F=(A_{1},A_{2},\cdot\cdot\cdot,A_{n})$的一个最小项,则使$m_{i}=1$的一组变量取值也必定使F的值为1.
  • 若$F_{1}$和$F_{2}$都是$A_{1},A_{2},\cdot\cdot\cdot,A_{n}$的函数,则$F=F_{1}+F_{2}$包括$F_{1}$和$F_{2}$中的所有最小项,$G=F_{1}\times F_{2}$包括$F_{1}$和$F_{2}$中的公有最小项。
  • 若逻辑函数$\bar{F}$是逻辑函数$F$的反函数,则$\bar{F}$必定由$F$所包含的最小项之外的全部最小项组成。

最大项及最大项表达式:

  • “标准或与表达式”,又称作“最大项表达式”。
  • 定义:设有n个逻辑变量,它们组成的“或项”中,每个变量或以原变量或以反变量的形式出现一次且仅出现一次,则称这个“或项”为n变量的最大项。记作:$M_{i}$
    • 最大项编号的记忆方法:$A$为1,$\bar{A}$为0,带入编号使“或项”值为0.例如:$A+\bar{B}+\bar{C}$,带入011,其逻辑值为0,故$A+\bar{B}+\bar{C}$的编号为$m_{3}$ .

最大项的性质

  • 对于任意一个最大项$M_{i}$ ,有且仅有一组变量的取值能使其为0.
  • 任意两个最大项的逻辑和为1.
  • 所有最大项的逻辑积为0.

最大项表达式

最大项表达式:将逻辑函数用最大项之积的形式表示。 例如:

$$F=(A+B+C)(A+B+\bar{C})(A+\bar{B}+C)=M_{0}\cdot M_{1}\cdot M_{2}= \prod M^{3}\left ( 0,1,2 \right )$$

性质:

  • 根据最大项表达式的定义,我们可以推出类似于最小项表达式的三个性质。

最小项与最大项的关系

$\overline{m_{i}}=M_{i}$或者$m_{i}=\overline{M_{i}}$

逻辑函数表达式的转换

  • 两种标准形式的转换(最小项表达式与最大项表达式的转换): 把同一个函数表达式$F$分别用“最小项之和”和“最大项之积“的形式表示。 例如,对于3元函数表达式 $$F= \sum m^{3}(2,3,6,7)=\prod M^{3}(0,1,4,5)$$ 可以发现,每一项的编号是”互补“的。可以用德摩根定理$F=\bar{\bar{F}}$ 或求反演来证明。
    • 另外,我们有取非的性质$$\bar{F}= (0,1,4,5)$$
  • “与或”$\Rightarrow$“与非-与非”: 两次求反。
  • “与或”$\Rightarrow$“或非-或非”: 当F是最简与或表达式时,先求F的对偶式F‘,再将F‘变换成"与非-与非",最后求F‘的对偶式。
  • “与或”$\Rightarrow$“与或非”: 先求反函数$\bar{F}$,再对$\bar{F}$求反。
  • “与或”$\Rightarrow$“或与”: 先求反函数$\bar{F}$,再对$\bar{F}$求反。再用摩根定律拆开。
  • “或与”$\Rightarrow$“或非-或非”: 先求F的对偶式F‘并化简,然后求F‘的对偶式,再两次求反。
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