Решение некоторых задач булевой алгебры, теории графов и теории кодирования

Различные формы задания булевых функций. Переход от одной формы задания к другой. Построение и упрощение формул, задаваемых различными схемами. Нахождение кратчайших маршрутов для взвешенных графов с помощью алгоритма Форда–Беллмана и алгоритма Дейкстры.

Рубрика Математика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 18.10.2017
Размер файла 669,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет

Кафедра математики

Курсовая работа

по дискретной математике

РЕШЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧ БУЛЕВОЙ АЛГЕБРЫ, ТЕОРИИ ГРАФОВ И ТЕОРИИ КОДИРОВАНИЯ

Выполнил:

Разживин Никита Сергеевич

Санкт-Петербург 2013

1. Алгебра логики

1.1 Перевод чисел из одной системы счисления в другую

Задание 1. Перевод числа из одной системы счисления в другую.

1.2 Различные формы задания булевых функций. Переход от одной формы задания к другой. Карта Карно

формула алгоритм булевой беллман

Задание 2. Построить таблицы значений для функций.

1.

Вычисления с помощью Wolfram Mathematica:

- следование

Размещено на http://www.allbest.ru/

! - отрицание

- штрих Шеффера

- сложение по модулю 2

Размещено на http://www.allbest.ru/

- умножение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 1

x

y

f1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Таблица 2

x

y

z

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

Задание 3.

Написать таблицу значений для функции h(x,y), являющейся суперпозицией двух функций, если , ,

Таблица 3

x

y

z

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

Таблица 4

x

y

xyz

0

0

000

1

000

0

0

1

010

1

101

0

1

0

101

1

010

0

1

1

111

1

111

0

4. Написать таблицу значений функции. Найти фиктивные переменные для данной функции. Преобразовать данную формулу в эквивалентную ей, но не содержащую фиктивных переменных.

Таблица 5

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

По

р

По

р

По

р

р

Таблица 6

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1.4. Совершенные дизъюнктивные и конъюнктивные формы булевых функций. Двойственные функции.

5. Для функции записать карту Карно, СДНФ, СКНФ. Построить двойственную функцию.

Таблица 7. Карта Карно

00

01

11

10

00

01

1

11

1

1

10

1

1

Таблица 8

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

СДНФ

СКНФ

6. Проверить, являются ли равносильными формулы A и B двумя способами а) составлением таблиц значений; б) приведением формул к СДНФ или СКНФ с помощью эквивалентных преобразований

Таблица 9

x

y

z

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

б)

1.3 Построение и упрощение формул, задаваемых различными схемами

7. Построить формулы, задаваемые данными схемами. Упростить их. Построить схемы, соответствующие упрощенным формулам.

1)

2)

Рисунок 2

Рисунок 3

8. Представить функцию в виде дизъюнктивного разложения по переменным , коэффициенты разложения (функции двух переменных) представить соответствующими формулами над множеством связок |,

Таблица 10

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

Рисунок 4

9. С помощью СДНФ установить, являются ли равносильными следующие ДНФ:

1.4 Минимизация булевых функций методом Квайна-Мак-Класки и матричным методом Карно

10. Минимизировать функцию методом Квайна-Мак-Класки и графическим методом Карно. Найти индекс простоты функции.

1. Метод Квайна-Мак-Класки.

Таблица 11

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

Таблица 12

№ гр.

Набор

№ наб.

№ склеивания

Результат склеивания

№ скл. набора

Результат склеивания

Импликанты

0

0000

0

0.1

0.2

0.4

0.8

1.3

2.10

4.12

8.10

8.12

3.11

10.11

10.14

12.14

11.15

14.15

000-

00-0

0-00

-000

00-1

-010

0-00

10-0

1-00

-011

101-

1-10

11-0

1-11

111-

0,2,1,3

0,2,8,10

0,4,8,12

4,12,8,12

8,10,12,14

8,12,10,14

10,11,14,15

10,14,13,15

00--

-0-0

--00

--00

1--0

1--0

1-1-

1-1-

J1

J2

J3

J4

J5

1

0001

0010

0100

1000

1

2

4

8

2

0011

1010

1100

3

10

12

3

1011

1110

11

14

4

1111

15

Таблица 13

0000

0001

0010

0100

1000

0011

1010

1100

1011

1110

1111

I1

+

+

+

+

I2

+

+

+

+

I3

+

+

+

+

I4

+

+

+

+

I5

+

+

+

+

ТДНФ

МДНФ =

2. Метод Карно

1.5 Представление булевых функций полиномами Жегалкина

11. Представить функцию полиномом Жегалкина.

Таблица 13

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1.6 Проверка принадлежности булевых функций классам Поста. Полные системы булевых функций. Базисы

Задание 12. Проверить, принадлежат ли функции и к классам T0, T1, L, S, M.

1.

Таблица 14

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1.

Таблица 15

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

13. Доопределить функции , так, чтобы

Таблица 16

1

0

0

0

-

1

0

-

1

0

0

1

1

-

-

1

0

0

1

0

-

-

1

-

1

0

1

1

-

0

0

-

0

1

0

0

0

-

-

1

1

1

0

1

-

1

-

0

0

1

1

0

0

-

0

-

1

1

1

1

-

1

-

1

0

Т к то

Т к то

14. Являются ли полными следующие системы булевых функций Какие из указанных систем образуют базис?

- является полной системой, образует базис

Таблица 17

S

L

M

+

-

-

+

-

+

+

-

-

+

-

-

+

+

-

- является полной системой, образует базис

Таблица 18

S

L

M

-

+

-

-

-

-

-

+

+

-

- является полной системой, образует базис Шеффера

Таблица 19

S

L

M

-

-

-

-

-

- является полной системой, образует базис

Таблица 20

S

L

M

-

+

-

-

-

+

-

-

+

-

1.7 Представление булевых функций в базисе Шеффера и в базисе Вебба

15. Записать функцию в базисе «не и» и в базисе «не или».

Базис Шеффера:

Базис Вебба:

1.8 Производные булевой функции

16. Найти частные производные булевой функции по каждой переменной и их вес, если

.

=

Таблица 21

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

17. С помощью карт Карно найти минимальную ДНФ для частичной функции .

Таблица 22

0

0

0

0

1

0

0

0

1

-

0

0

1

0

-

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

-

0

1

1

1

1

1

0

0

0

-

1

0

0

1

-

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

-

1

1

1

1

1

Таблица 23

00

01

11

10

00

1

1

1

1

01

0

1

1

1

11

0

1

1

0

10

0

0

1

1

2. Основы теории графов

18. Заданы графы G1 и G2. Найти Для графа найти матрицы смежности, инцидентности, достижимости, контрдостижимости, сильных компонент и все маршруты длины 2, исходящие из вершины 1.

Рисунок 5

,

Вершины обозначаем через а вершины -

Рисунок 6

Рисунок 7. ,

Таблица 24

1

2

3

4

1

1

1

0

1

2

1

1

1

0

3

0

1

1

1

4

1

0

1

1

Таблица 25

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

1

1

0

0

1

1

0

0

0

2

1

1

0

0

0

1

0

0

3

0

1

1

0

0

0

1

0

4

0

0

1

1

0

0

0

1

Рисунок 8

Матрица сильных компонентов

- цепи начиная с вершины 1

- цепи начиная с вершины 2

- цепи начиная с вершины 3

- цепи начиная с вершины 4

- циклы различные

Ребра в скобках { } либо содержаться в маршруте, либо нет компонент сильной связи всего Маршрут длины 2 из вершины 1 -

2.1 Эйлеровы и планарные графы

Задание 19. Найти матрицы фундаментальных циклов, фундаментальных разрезов, радиус и диаметр, минимальное множество покрывающих цепей графа G. Является ли граф эйлеровым? Является ли изображенный граф планарным?

Рисунок 9

Матрица фундаментальных циклов:C=(C1|C2)

Матрица фундаментальных разрезов:

K=(K1|K2)

K2=E7Ч7

K1=

Данный граф является эйлеровым, т к степени вершин чётны

F=6

H=8

M=12

Рисунок 10

граф является планарным

2.2 Нахождение кратчайших маршрутов для взвешенных графов с помощью алгоритма Форда-Беллмана и алгоритма Дейкстры

Задание 20. Найти кратчайшие маршруты из вершины S в вершину F для взвешенных графов G1 и G2.

Рисунок 11

Таблица 26

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0

3

1

3

0

0

0

0

2

0

2

3

3

3

3

3

0

4

4

4

4

4

0

4

5

0

3

3

3

3

6

0

1

7

0

1

8

0

1

5

9

0

6

Ответ:

20.2

Таблица 27

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0

3

4

3

0

0

0

0

0

2

0

-2

3

3

3

3

3

3

0

2

4

4

4

4

4

4

0

4

1

1

1

1

5

0

3

2

2

2

2

6

0

-1

4

3

3

3

7

0

1

5

3

3

8

0

4

9

0

Ответ:

3. Элементы теории кодирования

3.1 Построение плоского дерева по его коду

Задание 21. По вектору установить, является ли он кодом какого-нибудь плоского дерева. В случае положительного ответа построить плоское корневое дерево по его коду.

(000110011101)2=(413)10

Рисунок 12

3.2 Построение кодового дерева для заданной схемы алфавитного кодирования

22. Для схемы алфавитного кодирования

найти среднюю длину слова и построить кодовое дерево.

Рисунок 13

Рисунок 14. Построение дерева с помощью пакета Wolfram Mathematica

3.3 Построение оптимального кодового дерева Хаффмена и кодовой схемы для заданных алфавита сообщений и кодирующего алфавита

23. Задан алфавит сообщений и кодирующий двоичный код алфавит . Относительные частоты появления букв алфавита сообщений A определяются распределением вероятностей . Построить кодовое дерево Хаффмана и кодовую схему.

Таблица 28

a

b

c

d

0.50

0.25

0.15

0.10

Объединяем наименьшие вероятности до тех пор, пока не образуется единица. <c,d> P34=0.25

Таблица 29

a

<c,d>

b

0.50

0.25

0.25

<<c,d>b> P342=0.50

Рисунок 15

Таблица 30

<<c,d>b>

a

0.50

0.50

<<<c,d>b>a> P3421=1

Рисунок 16

3.4 Декодирование кодовых слов, построенных методом Хэмминга и содержащих ошибки не более чем в одном разряде

24. По каналу связи передавалось кодовое слово, построенное по методу Хэмминга для сообщения . После передачи по каналу связи, искажающему слово не более чем в одном разряде, было получено слово . Восстановить исходное сообщение.

=> ошибка в 8 разряде

исходное сообщение.

Список использованной литературы

1. Яблонский С. В. Введение в дискретную математику, 1986 г. Издание «Наука», 384 с

2. Зыков А. А. Основы теории графов, 1987 г. Издание «Наука», 383 с

3. Новиков Ф. А. Дискретная математика для программистов, 2000 г. Издание «Питер», 301 с

4. Кузнецов О. П. Дискретная математика для инженера, 2009 г. Издание «Лань», 400 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Основные понятия теории графов. Матричные способы задания графов. Выбор алгоритма Форда–Бэллмана для решения задачи поиска минимальных путей (маршрутов) в любую достижимую вершину нагруженного орграфа. Способы выделения пути с наименьшим числом дуг.

    курсовая работа [109,1 K], добавлен 22.01.2016

  • Основные понятия теории графов. Расстояния в графах, диаметр, радиус и центр. Применение графов в практической деятельности человека. Определение кратчайших маршрутов. Эйлеровы и гамильтоновы графы. Элементы теории графов на факультативных занятиях.

    дипломная работа [145,5 K], добавлен 19.07.2011

  • Основные понятия теории графов. Степень вершины. Маршруты, цепи, циклы. Связность и свойства ориентированных и плоских графов, алгоритм их распознавания, изоморфизм. Операции над ними. Обзор способов задания графов. Эйлеровый и гамильтоновый циклы.

    презентация [430,0 K], добавлен 19.11.2013

  • Основные понятия и свойства эйлеровых и гамильтоновых цепей и циклов в теории графов. Изучение алгоритма Дейкстры и Флойда для нахождения кратчайших путей в графе. Оценки для числа ребер с компонентами связанности. Головоломка "Кенигзберзьких мостов".

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 08.10.2014

  • История возникновения, основные понятия графа и их пояснение на примере. Графический или геометрический способ задания графов, понятие смежности и инцидентности. Элементы графа: висячая и изолированная вершины. Применение графов в повседневной жизни.

    курсовая работа [636,2 K], добавлен 20.12.2015

  • Граф как множество вершин (узлов), соединённых рёбрами, способы и сфера их применения. Специфика теории графов как раздела дискретной математики. Основные способы преобразования графов, их особенности и использование для решения математических задач.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 18.01.2013

  • Нахождение минимального пути от фиксированной до произвольной вершины графа с помощью алгоритма Дейкстры, рассмотрение основных принципов его работы. Описание блок-схемы алгоритма решения задачи. Проверка правильности работы разработанной программы.

    курсовая работа [495,4 K], добавлен 19.09.2011

  • Теория графов как математический аппарат для решения задач. Характеристика теории графов. Критерий существования обхода всех ребер графа без повторений, полученный Л. Эйлером при решении задачи о Кенигсбергских мостах. Алгоритм на графах Дейкстры.

    контрольная работа [466,3 K], добавлен 11.03.2011

  • Основные понятия теории графов. Содержание метода Дейкстры нахождения расстояния от источника до всех остальных вершин в графе с неотрицательными весами дуг. Программная реализация исследуемого алгоритма. Построение матриц смежности и инцидентности.

    курсовая работа [228,5 K], добавлен 30.01.2012

  • Основополагающие понятия теории графов и теории групп. Определение эквивалентности, порождаемой группой подстановок, и доказательство леммы Бернсайда о числе классов такой эквивалентности. Сущность перечня конфигурации, доказательство теоремы Пойа.

    курсовая работа [682,9 K], добавлен 20.05.2013

  • Метод Форда-Беллмана для нахождения расстояния от источника до всех вершин графа. Алгоритмы поиска расстояний и отыскания кратчайших путей в графах. Блочно-диагональный вид и матрица в исследовании системы булевых функций и самодвойственной функции.

    курсовая работа [192,1 K], добавлен 10.10.2011

  • Основные этапы развития булевой алгебры и применение минимальных форм булевых многочленов к решению задач, в частности, с помощью метода Куайна - Мак-Класки. Применение минимизирования логических форм при проектировании устройств цифровой электроники.

    курсовая работа [58,6 K], добавлен 24.05.2009

  • Эйлеровы цепи и циклы, теоремы. Алгоритм построения эйлерова цикла. Обоснование алгоритма. Нахождение кратчайших путей в графе. Алгоритм Форда отыскания кратчайшего пути. Задача отыскания кратчайших расстояний между всеми парами вершин. Алгоритм Флойда.

    реферат [108,4 K], добавлен 01.12.2008

  • Сокращенные, тупиковые дизъюнктивные нормальные формы. Полные системы булевых функций. Алгоритм Квайна, Мак-Класки минимизации булевой функции. Геометрическое представление логических функций. Геометрический метод минимизации булевых функций. Карты Карно.

    курсовая работа [278,1 K], добавлен 21.02.2009

  • Понятие и содержание теории графов. Правила построения сетевых графиков и требования к ним. Сетевое планирование в условиях неопределенности. Теория принятия решений, используемые алгоритмы и основные принципы. Пример применения алгоритма Дейкстры.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 26.09.2013

  • Теория графов как раздел дискретной математики, исследующий свойства конечных множеств с заданными отношениями между их элементами. Основные понятия теории графов. Матрицы смежности и инцидентности и их практическое применение при анализе решений.

    реферат [368,2 K], добавлен 13.06.2011

  • Булевы алгебры – решетки особого типа, применяемые при исследовании логики (как логики человеческого мышления, так и цифровой компьютерной логики), а также переключательных схем. Минимальные формы булевых многочленов. Теоремы абстрактной булевой алгебры.

    курсовая работа [64,7 K], добавлен 12.05.2009

  • Изучение основных вопросов теории графов и области ее применения на практике. Разработка алгоритма кластеризации по предельному расстоянию и построение минимального остовного дерева каждого кластера. Результаты тестирований работы данного алгоритма.

    курсовая работа [362,9 K], добавлен 24.11.2010

  • Спектральная теория графов. Теоремы теории матриц и их применение к исследованию спектров графов. Определение и спектр предфрактального фрактального графов с затравкой регулярной степени. Связи между спектральными и структурными свойствами графов.

    дипломная работа [272,5 K], добавлен 05.06.2014

  • Основные понятия, связанные с графом. Решение задачи Эйлера о семи кёнигсбергских мостах. Необходимые и достаточные условия для эйлеровых и полуэйлеровых графов. Применение теории графов к решению задач по математике; степени вершин и подсчёт рёбер.

    курсовая работа [713,8 K], добавлен 16.05.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.