Курсовая работа: Применение алгебры логики в информатике (понятия, формулы)
Логика в информатике – это направления исследований и отрасли знания, где логика применяется в информатике и искусственном интеллекте.
Современный прогресс, развитие науки и техники, достижения в компьютерных технологиях базируются на знаниях основ алгебры логики. Роль алгебры логики в информатике очень весома, так как принципы работы любого компьютера, его схем и функциональных блоков основаны на ее законах.
Математическая логика нашла широкое применение в языках программирования. Все языки программирования включают в себя базовые логические операции и некоторые логические функции: IMP, EQL, и так далее.
В данной работе будут рассмотрены основные аспекты алгебры логики, понятия, виды логических операций и таблиц истинности, логические формулы, а также законы алгебры логики. Заключительная часть посвящена использованию алгебры логики в компьютерных науках.
В практической части будет построена компьютерная модель решения задачи в среде MS Excel.
1. Теоретическая часть
1.1 Основные понятия и определения
Алгебра логики (алгебра высказываний) – раздел математической логики, изучающий строение (форму, структуру) сложных логических высказываний и способы установления их истинности с помощью алгебраических методов.
При этом под высказыванием (суждением) понимают повествовательное предложение, относительно которого можно сказать, истинно или ложно.
Алгебра логики возникла в середине ХIХ века в трудах английского математика Джорджа Буля. Её создание представляло собой попытку решать традиционные логические задачи алгебраическими методами.
Долгое время алгебра логики была известна достаточно узкому классу специалистов. Прошло почти 100 лет со времени создания алгебры логики Дж. Булем, прежде чем в 1938 Клод Шеннон (1916 - 2001) показал, что алгебра логики применима для описания самых разнообразных процессов, в том числе функционирования релейно-контактных и электронно-ламповых схем.
Алгебра логики явилась математической основой теории электрических и электронных переключателей схем, используемых в ЭВМ. В компьютерных науках её предпочитают называть не алгеброй логики, а Булевой алгеброй - по имени её создателя.
Алгебра логики изучает свойства функций, у которых и аргументы, и значения принадлежат заданному двухэлементному множеству (например, ). Иногда вместо термина «алгебра логики» употребляют термин «двузначная логика».
В компьютерах булевы переменные представляются (кодируются) битами (разрядами двоичной системы счисления), где 1 означает истину, а 0 - ложь. Манипуляции высказываниями и их комбинациями используются для получения некоего единственного результата, который можно использовать, например, для выбора той или иной последовательности действий. Поскольку логические переменные кодируются по тем же принципам, что и числа, символы и прочая информация, то можно комбинировать операции логики с
операциями арифметики для реализации различных алгоритмов.
Таким образом, алгебра логики - это область математики. Она оперирует величинами, которые могут принимать два значения (булевых значения). Эти два значения могут быть обозначены как угодно, лишь бы по-разному. Самые распространенные варианты:
0, 1 F, T false, true ложь, истина Л, И
При применении булевой алгебры в вычислительной технике, булевы значения - это 0 и 1. Они представляют собой состояние ячейки памяти объёмом в 1 бит или наличие/отсутствие напряжения в электрической схеме. Алгебра логики позволяет строить сложные электронные узлы, элементы которых работают согласно этой математической теории. При применении булевой алгебры в логических построениях в математике, булевы значения - это «ложь» и «истина». Они определяют истинность или ложность некоторого высказывания. Под высказываниями понимаются математические формулы. При применении булевой алгебры в повседневных рассуждениях, булевы значения - это также «ложь» и «истина». Они представляют собой оценку истинности или ложности некоторого высказывания. Под высказываниями понимаются фразы, которые удовлетворяют строго определенному списку свойств.
Логическое выражение - это символическая запись, состоящая из логических величин (констант или переменных), объединенных логическими операциями (связками). В булевой алгебре простым высказываниям ставятся в соответствие логические переменные, значение которых равно 1, если высказывание истинно, и 0, если высказывание ложно. Обозначаются логические переменные буквами латинского алфавита.
Связки «НЕ», «И», «ИЛИ» заменяются логическими операциями инверсия, конъюнкция, дизъюнкция. Это основные логические операции, при помощи которых можно записать любое логическое выражение.
1.2. Основные логические операции и элементы
Операция логического отрицания осуществляется над одним высказыванием. Выполнить операцию логического отрицания (обозначается ) — значит получить из данного высказывания новое, присоединяя слова «неверно, что . » ко всему высказыванию. Например, если А = «Луна — спутник Земли», то = «неверно, что Луна — спутник Земли», что ложно. Истинность высказывания определяется таблицей: