Моделирование формул π-схемами и особенности многополюсных контактных схем

Формулы с поднятыми отрицаниями и π-схемы структурно моделируют друг друга: каждой π-схеме Σ соответствует эквивалентная формула F с \(R(F)=L(\Sigma)\), и наоборот. Параллельное соединение π-схем соответствует дизъюнкции, последовательное — конъюнкции.1

Для многополюсной (p,q)-контактной схемы функционирование задаётся p×q-матрицей функций проводимости. Элемент F[i,j] равен функции проводимости от i-го входа к j-му выходу. На каждом наборе α матрица F(α) совпадает с матрицей достижимости проводящей сети Σ|α.1

Что важно запомнить
  • π-схема и формула с поднятыми отрицаниями взаимно моделируются с сохранением \(R(F)=L(\Sigma)\).1
  • Параллельное соединение соответствует ∨, последовательное — ∧.
  • (p,q)-КС реализует матрицу из p×q функций проводимости.
  • Для КС с неразделёнными полюсами матрица функционирования рефлексивна и транзитивна, а для неориентированной КС также симметрична.1
  • Любая симметричная рефлексивная транзитивная матрица ФАЛ реализуема канонической КС.

Моделирование формул π-схемами

Простейшая π-схема состоит из одного контакта \(x_i\) или \(\neg x_i\). Если Σ₁ и Σ₂ реализуют f₁ и f₂, то их параллельное соединение реализует f₁∨f₂, а последовательное — f₁∧f₂. Поэтому по дереву формулы с поднятыми отрицаниями можно рекурсивно построить π-схему, заменяя литералы контактами, ∨ параллельным соединением, а ∧ последовательным. Обратное преобразование строится тем же способом по рекурсивной структуре π-схемы.1

Лемма 6.1 курса даёт точное ресурсное соответствие: для построенной пары выполняется \(R(F)=L(\Sigma)\). Здесь ранг формулы равен числу вхождений переменных, а сложность контактной схемы — числу контактов.

Функционирование многополюсной КС

Пусть Σ имеет p входов a′₁,…,a′ₚ и q выходов \(a''_{1},\ldots,a''_q\). В каждой паре «вход — выход» возникает своя ФАЛ проводимости. Поэтому функционирование схемы описывается матрицей F=(F[i,j]) размера p×q, где F[i,j](α)=1 тогда и только тогда, когда на наборе α существует проводящий путь от a′ᵢ к a″ⱼ. Иначе говоря, для каждого α матрица F(α) является обычной матрицей достижимости сети Σ|α.1

Неразделённые полюса и обратная реализация

Если одни и те же m полюсов рассматриваются одновременно как входы и выходы, матрица функционирования имеет размер m×m. Она рефлексивна и транзитивна. Для неориентированной контактной схемы матрица дополнительно симметрична.1

Верно и обратное утверждение: любую m×m-матрицу ФАЛ, которая поточечно является рефлексивной, транзитивной и симметричной, можно реализовать неориентированной КС. В канонической конструкции для каждой пары полюсов i<j строят π-схему по совершенной ДНФ функции F[i,j], а затем объединяют эти подсхемы.1

Пример простыми словами

Формула (x₁∨x₂)∧¬x₃ превращается в π-схему так: контакты x₁ и x₂ соединяются параллельно, а этот блок последовательно соединяется с ¬x₃. Для многополюсной схемы вместо одного результата нужно выписать для каждой пары полюсов отдельную функцию «есть ли проводящий путь».

Частые ошибки
  • Считать, что многополюсная КС реализует одну булеву функцию. В общем случае она реализует матрицу функций проводимости.
  • Путать матрицу F(x) и числовую матрицу F(α). Первая состоит из ФАЛ, вторая получается после фиксации конкретного набора.
  • Считать любую КС π-схемой. π-схемы имеют рекурсивную последовательно-параллельную структуру.

Другие вопросы

Источники

  1. 1 Ложкин С. А. Лекции по основам кибернетики Вариант 2017 г. (гр. 311–319), глава 2, §6, лемма 6.1 и многополюсные контактные схемы, МГУ, факультет ВМК