86371 (Булевы функции), страница 5

=

О паре единиц в правой части диаграммы можно сказать то же самое: = .

Отметим, что получающееся элементарное произведение легко определить сразу по диаграмме: это произведение переменных, принимающих одно и то же значение в обеих клетках.

Еще одно важное замечание: столбцы, расположенные по краям диаграммы, тоже считаются соседними. Для нашего примера это означает, что имеет место еще одно склеивание, в результате которого, следуя указанному правилу, получаем элементарное произведение . Из рассмотренных ранее методов нам известно, что возможно дальнейшее склеивание получаемых элементарных произведений. На диаграммах Вейча они тоже располагаются рядом. Общее правило склеивания на диаграммах Вейча можно сформулировать следующим образом: склеиванию подлежат прямоугольные конфигурации, заполненные единицами и содержащие число клеток, являющееся степенью 2. Получающееся новое элементарное произведение определяется как произведение переменных, не меняющих своего значения на всех склеиваемых наборах. Число m оставшихся переменных в элементарном произведении определяется легко:

m=n-log2M,

где n- число переменных,

M - число склеиваемых наборов.

Метод широко используется на практике, благодаря простоте и удобству. После небольшой тренировки достигается элементарный навык определения минимальной ДНФ по диаграмме «с первого взгляда».

Минимизация булевой функции заключается в нахождении минимального покрытия всех единиц диаграммы Вейча блоками из единиц (указанной конфигурации), расположенных в соседних клетках диаграммы. При этом всегда считается, что левый край диаграммы Вейча 4-х переменных примыкает к ее правому краю, а верхний край диаграммы примыкает к нижнему ее краю. Для удобства можно предположить, что диаграмма сворачивается в цилиндр как по горизонтали, так и по вертикали. После получения минимального покрытия всех единиц диаграммы Вейча, минимальная ДНФ булевой функции записывается как дизъюнкция элементарных конъюнкций, соответствующих выделенным блокам единиц в диаграмме.

В диаграмме Вейча необходимо и достаточно, чтобы каждая единичная клетка участвовала в склейке хотя бы один раз.

Новую склейку можно образовывать в том случае, если есть хотя бы одна единичная клетка, не участвовавшая до этого в склейке.

Вся диаграмма должна быть покрыта наименьшим количеством склеек. В склейку может входить 2n соседних клеток (2, 4, 8, 16. и т.д.).

Рассмотрим несколько примеров.

Таблица 19 Таблица 20

X4 X3

f1= v f2= X4 v X3

1. 7.4 Карты Карно

Иногда удобно пользоваться несколько другим представлением диаграмм с цифровым кодом. Это карты Карно. Примеры карт Карно приведены на рисунке 2. По граням карты проставляются двоичные коды - коды Грея, что дает возможность легко проставлять значения функции и находить результат. Правила минимизации с применение карт Карно такие же, как и для диаграмм Вейча.

Рисунок 2- Карты Карно:

а) функции 3-х переменных;

б) функции 4-х переменных.

1. 8.Особенности минимизации булевых функций большим числом переменных

Рассмотрим некоторые особенности работы с картами Карно для большого числа переменных. При числе переменных, равном или больше пяти, отобразить графически функцию в виде единой плоской карты невозможно. В таких случаях строят комбинированную карту, состоящую из совокупности более простых базовых карт, например карт для функции 4-х переменных. Процедура минимизации в этом случае состоит в том, что сначала находят минимальные формы внутри базовых карт, а затем, расширяя понятия соседних клеток, находят минимальные накрытия для совокупности карт. Соседними клетками являются клетки, совпадающие при наложении базовых карт друг на друга. Примеры карт Карно для булевых функций 5-ти и 6-ти переменных представлены на рис. 3 и 4. соответственно.

Р исунок 3-Карта Карно для булевой функции 5-ти переменных

Рисунок 4- Карта Карно для булевой функции шести переменных

По рисунку 4 можно сделать вывод, что соседними являются для 1-й базовой карты - 2-я и 4-я; для 2-й - 1-я и 3-я; для 3-й 2-я и 4-я; для 4-й - 1-я и 3-я.

При увеличении количества переменных на одну, площадь карты увеличивается в два раза - к ней пририсовывается еще такая же карта. При этом новая переменная равняется 1 на новой карте, и 0 на той, которая была ранее.

1. 9.Минимизация конъюнктивных нормальных форм

Минимизация КНФ производится аналогично рассмотренным методам минимизации ДНФ булевых функций, поэтому остановимся лишь на основных положениях.

Напомним, что конституентой нуля называется функция, принимающая значение 0 на одном наборе. Она выражается дизъюнкцией всех переменных функций. Например, набору 0110 соответствует конституента нуля X1 v v v X4

Определение. Имплицентой g булевой функции f называется функция, принимающая значение 0 на подмножестве нулевых наборов функции f.

Определение. Простой имплицентой функции f называется элементарная дизъюнкция, являющаяся имплицентой функции f, причем никакая ее собственная часть имплицентой функции f не является.

Задачей, минимизации КНФ является определение минимальной КНФ. Эта задача также решается в два этапа— поиск сокращенной КНФ (конъюнкция всех простых имплицент) и затем нахождение минимальной КНФ. Второй этап минимизации выполняется с помощью таблицы Квайна точно так же, как при поиске минимальной ДНФ, так как возможны только два варианта: либо данная простая имплицента поглощает данную конституенту нуля, либо нет в соответствии с соотношением поглощения: (A v x)A=A