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布尔代数

[拼音]:Bu’er daishu

[外文]:Boolean algebra

首先是G.布尔为了研究思维规律(逻辑学、数理逻辑)于1847年和1854年提出的。它作为一种特殊的格则是J.W.R.戴德金之后的事情。所谓一个布尔代数,是指一个有序的四元组〈B,∨,∧,* 〉,其中B是一个非空的 ,∨与∧ 是定义在B上的两个二元运算,*是定义在B上的一个一元运算, 并且它们满足以下条件:A1.α∨b=b∨α,α∧b=b∧α;A2.(α∨b)∨с=α∨(b∨с), (α∧b)∧с=α∧(b∧с); A3.(α∧b)∨b=b, (α∨b)∧b=b; A4.α∧(b∨с) = (α∧b)∨(α∧с),α∨(b∧с)=(α∨b)∧(α∨с);A5.(α∧α)∨b=b,(α∨α)∧b=b,对于任意的α、b、с∈B均成立。或者,布尔代数定义为具有较大元和小元的有余(有补)的分配格。

设B2={0,1}是由两个元素0与1所组成的 。它的两个二元运算和一个一元运算定义如下:0∨0=0,0∨1=1∨0=1∨1=1;0∧0=0∧1=1∧0=0,1∧1=1;0=1,1=0。可以验证,B2是一个布尔代数。

设B={1,2,3,5,6,10,15,30}是30的正因子的 。规定∨是取它们的小公倍数,∧是取它们的较大公因数:*是:1=30,2=15,3=10,5=6,6=5, 10=3,15=2,30=1,容易验证B对于所定义的运算成为一布尔代数。

如果一个环R=〈R,+,·〉具有单位元1,并且对任意的α∈R,有α2=α,那么R称为布尔环。令R是布尔环,若定义α∨b=α+b+α·b,α∧b=α·b,α=1+α,则R在所定义的运算下成为一个布尔代数。

设 R是由所有的实数组成的 。由单元集和区间的有限并所组成的 B,在 的并(∪)、交(∩)、余(C)运算之下是一个布尔代数。所谓单元集,是指仅由一个实数所组成的 。区间可以是有界的或 的,闭的或开的或半开(闭)的。

令Χ是一个固定的 。Χ的所有子集组成的 称为Χ的幂集,记为P(Χ)={S│S⊆Χ}。设B是P(Χ)的子集,并且{═,Χ}⊆B⊆P(Χ)。如果B在 论的并(∪)、交(∩)、余(C)有限次运算下是封闭的,那么这样的B在把有限次并、交、余作为∨、∧、*运算时,是一个布尔代数。这种布尔代数,常常称为集域(集场)。特殊地,取B=B2={═,Χ},B=P(Χ),B={S∈P(Χ)│S为有限集或有限集的余集},……,均为集域。当Χ={α1,α2,…,αn}是有限集时,则P(Χ)={S│S⊆Χ}={{αi1,αi2,…,αik}│i1,i2,…,ik是1,2,…,n中取k个的组合,0≤k≤n}=2X=2n也是一个集域。它是由有限个元素所组成的布尔代数(有限布尔代数)。

令〈Χ,τ〉是一个拓扑空间,τ是 X上的一个拓扑,B={S⊆Χ│S 既是开集,同时又是闭集}。在 论的并、交、余运算下B是一个布尔代数,并称之为闭开代数。若取B={S⊆Χ│S的边界是无处稠密的},则此时B也是一个布尔代数。

令〈Χ,τ〉是一个拓扑空间,Χ的子集S是正规的闭集,当且仅当S的内部的闭包等于S,即。若B={S⊆Χ│S是正规的闭集},二元运算∨是指 的并运算,二元运算∧是指经 的交运算后再取其内部的闭包,即,S、T∈B。一元运算*是指经 的余运算后再取闭包,即,则B是一个布尔代数,也称为拓扑空间 〈Χ, τ〉的正规闭集代数。类似地,当取B={S⊆Χ│S是正规的开集}。所谓正规的开集S,是指。再定义运算:,S∧T=S∩T;,则此时 B也是一个布尔代数,也称为正规开集代数。

在概率论中,设B={S│S是随机事件},即所有随机事件的全体。不可能事件及必然事件均视作随机事件。这样的B在逻辑联结词"或"(可得兼的"或")、“与”、“否定”运算之下是一个布尔代数。

在数理逻辑中,基于二值逻辑的一个形式理论的所有公式,在逻辑联结词“析取”、“合取”、“否定”运算下,是一个布尔代数,也称之为林登鲍姆-塔尔斯基代数。

布尔代数到了20世纪30~40年代才又有了新的进展,大约在1935年,M.H.斯通首先指出布尔代数与环之间有明确的联系,他还得到了现在所谓的斯通表示定理:任意一个布尔代数一定同构于某个集上的一个集域;任意一个布尔代数也一定同构于某个拓扑空间的闭开代数等,这使布尔代数在理论上有了一定的发展。布尔代数在代数学(代数结构)、逻辑演算、 论、拓扑空间理论、测度论、概率论、泛函分析等数学分支中均有应用;1967年后,在数理逻辑的分支之一的公理化 论以及模型论的理论研究中也起着一定的作用。

近几十年来,布尔代数在自动化技术、电子计算机的逻辑设计等等工程技术领域中有重要的应用。

例如,在逻辑设计中,要考虑取值于B2中的元素的布尔变元 x1,x2,…,xn,以及函数值也在B2内的n个布尔变元的布尔函数ƒ(x1,x2,…,xn)。令x=1-x=x-1,x∨y= x{x, y},x∧y=min{x, y},于是任一布尔函数可表示成如下的形式:或,。这种形式称为ƒ的(完全的)析取范式(或完全的合取范式)。根据设计要求可先列出真值表(ƒ的列表表示),由真值表写出ƒ的析取范式(或合取范式)。化简布尔函数的表达形式在实际应用中是特别重要的,因为根据最简表达形式进行设计,不仅在功能(实际效果)上是等效的,而且更有意义的是这种设计简单、经济、可靠,因而寿命也长。化简的方法,大体上从20世纪50年代开始有所谓卡诺图的方法,奎因-麦克鲁斯基方法等等。

参考文章基本的布尔代数运算规律?自动化

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