离散数学知识点总结(4):合取范式,析取范式
文章目录
- 合取范式( conjunctive normal form (CNF))
- 析取范式(disjunctive normal form (DNF))
- 简化的合取和析取范式
- 标准形式(Canonical form)
- 异或标准形式(xor normal form)
- 二元决策图 form (ROBDD)
- 子句标准形式(clause form)
合取范式( conjunctive normal form (CNF))
任何命题公式,最终都能够化成 (A1∨A2)∧(A3∨A4)(A_1 \vee A_2) \wedge (A_3 \vee A_4)(A1∨A2)∧(A3∨A4) 的形式,这种先 ∨析取\vee 析取∨析取 再 ∧合取\wedge 合取∧合取 的范式,被称为 “ 合取范式”。
析取范式(disjunctive normal form (DNF))
任何命题公式,最终都能够化成 (A1∧A2)∨(A3∧A4)(A_1 \wedge A_2) \vee (A_3 \wedge A_4)(A1∧A2)∨(A3∧A4) 的形式,这种先 ∧合取\wedge 合取∧合取 再 ∨析取\vee 析取∨析取 的范式,被称为 “析取范式”。
Examples
对于之前出现的一些公式,我们都可以将他们转化成 CNF 或者 DNF
- A⊕B≡(A∨B)∧(¬A∨¬B)A \oplus B \equiv (A\vee B)\wedge (¬A \vee ¬B)A⊕B≡(A∨B)∧(¬A∨¬B)
- A↔B≡(A→B)∧(B→A)A \leftrightarrow B ≡ (A \rightarrow B) ∧ (B \rightarrow A)A↔B≡(A→B)∧(B→A)
- A→B≡¬A∨BA \rightarrow B ≡ ¬ A ∨ BA→B≡¬A∨B
- ¬¬A≡A¬¬A ≡ A¬¬A≡A
Example 转换为合取公式
(¬P∧(¬Q→R))↔S(¬P ∧ (¬ Q \rightarrow R)) \leftrightarrow S(¬P∧(¬Q→R))↔S
≡((¬P∧(¬Q→R))→S)∧(S→(¬P∧(¬Q→R)))≡ ((¬P ∧ (¬Q \rightarrow R)) \rightarrow S) ∧ (S \rightarrow (¬P ∧ (¬Q \rightarrow R)))≡((¬P∧(¬Q→R))→S)∧(S→(¬P∧(¬Q→R)))
≡(¬(¬P∧(¬Q→R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(¬Q→R)))≡ (¬(¬P ∧ (¬Q \rightarrow R)) ∨ S) ∧ (¬S ∨ (¬P ∧ (¬Q \rightarrow R)))≡(¬(¬P∧(¬Q→R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(¬Q→R)))
≡(¬(¬P∧(¬¬Q∨R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(¬¬Q∨R)))≡ (¬(¬P ∧ (¬¬Q ∨ R)) ∨ S) ∧ (¬S ∨ (¬P ∧ (¬¬Q ∨ R)))≡(¬(¬P∧(¬¬Q∨R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(¬¬Q∨R)))
≡((¬¬P∨(¬¬¬Q∧¬R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(¬¬Q∨R)))≡ ((¬¬P ∨ (¬¬¬Q ∧ ¬R)) ∨ S) ∧ (¬S ∨ (¬P ∧ (¬¬Q ∨ R)))≡((¬¬P∨(¬¬¬Q∧¬R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(¬¬Q∨R)))
≡((P∨(¬Q∧¬R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(Q∨R)))≡ ((P ∨ (¬Q ∧ ¬R)) ∨ S) ∧ (¬S ∨ (¬P ∧ (Q ∨ R)))≡((P∨(¬Q∧¬R))∨S)∧(¬S∨(¬P∧(Q∨R)))
≡(((P∨¬Q)∧(P∨¬R))∨S)∧((¬S∨¬P)∧(¬S∨(Q∨R)))≡ (((P ∨ ¬Q) ∧ (P ∨ ¬R)) ∨ S)∧ ((¬S ∨ ¬P) ∧ (¬S ∨ (Q ∨ R)))≡(((P∨¬Q)∧(P∨¬R))∨S)∧((¬S∨¬P)∧(¬S∨(Q∨R)))
简化的合取和析取范式
- 简化方法:在一个 合取范式的 子句(clause)中,同一个逻辑 literal 只出现一次。
- 首先我们可以把第一个 clause 中的 A∨¬A≡TA \vee ¬A \equiv TA∨¬A≡T 转化成 ¬B∨T≡T¬B \vee T \equiv T¬B∨T≡T
- 第三个式子中 C∨C≡CC \vee C \equiv CC∨C≡C
- 所以上面的式子可以化简为
标准形式(Canonical form)
因为对于析取范式和合取范式化简的式子来说,可以有很多种形式,长短和每个子句的内容可能都不同,因此,我们要规定一个标准来处理这种情况。
异或标准形式(xor normal form)
- 一种标准形式 (“异或标准形式”) 使用互斥或和连词,以积和形式表示函数
- 或者,将和式表示为集合
二元决策图 form (ROBDD)
- 二元决策图(bdd)给出了另一种规范形式
- A→BA \rightarrow BA→B 的子句表示在图中为实线
- 对于上图,如果得到的结果(叶子节点)只有一个 TTT 那就代表这个公式是 valid,如果只有一个 fff 就代表是 unsatisfiable 的
子句标准形式(clause form)
- 我们可以把合取公式表示的信息看做一个从句,由很多子句构成。
- 我们可以将这些连接的子句写成下面的形式:
- 子句中的 ,,, 表示的是 ∨\vee∨;子句间的 ,,, 表示的是 ∧\wedge∧
在这里的 clause{A}clause \{A\}clause{A} 其本质上是 clause{A∨∅}clause\{A \vee \emptyset\}clause{A∨∅} 这里 A∨∅≡A∨F≡AA \vee \emptyset \equiv A \vee F \equiv AA∨∅≡A∨F≡A
这里的 formula{C}formula \{C\}formula{C} 代表的是 formula{C∧∅}formula \{C\wedge\emptyset\}formula{C∧∅},这里 ∅\emptyset∅ 相当于 TTT
- 子句中的 ,,, 表示的是 ∨\vee∨;子句间的 ,,, 表示的是 ∧\wedge∧
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