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布林代數


布林代數是一種數學結構,它類似於布林環,但它是使用運算子而不是通常的加法和乘法運算子來定義的。明確地說,布林代數是由包含定義的子集上的偏序(Skiena 1990,p. 207),即,集合A的布林代數b(A)是集合A的子集,可以透過有限次集合運算並集)、交集)和補集)獲得(Comtet 1974,p. 185)。布林代數也構成一個(Skiena 1990,p. 170),並且b(A)的每個元素都被稱為布林函式。在階為n的布林代數中,有2^(2^n)布林函式(Comtet 1974,p. 186)。

1938年,夏農證明了一個二值布林代數(其成員最常表示為0和1,或假和真)可以描述二值電氣開關電路的執行。在現代,布林代數和布林函式因此在計算機晶片和積體電路的設計中是不可或缺的。

BooleanAlgebras

布林代數具有遞迴結構,在上面為階為n=2、3、4和5的布林代數繪製的哈斯圖中顯而易見。這些圖說明了格的左右兩半之間的劃分,每一半都是在n-1個元素上的布林代數(Skiena 1990,pp. 169-170)。階為n的布林代數的哈斯圖被實現為BooleanAlgebra[n] 在 Wolfram 語言 包中Combinatorica`。它與n-超立方體圖同構。

布林代數可以正式定義為一個集合B,其中元素為ab,... 具有以下屬性

1. B 有兩個二元運算 ^ (邏輯,或“合取”)和 v (邏輯,或“析取”),它們滿足冪等

 a ^ a=a v a=a,
(1)

交換

a ^ b=b ^ a
(2)
a v b=b v a,
(3)

結合

a ^ (b ^ c)=(a ^ b) ^ c
(4)
a v (b v c)=(a v b) v c.
(5)

2. 這些運算滿足吸收律

 a ^ (a v b)=a v (a ^ b)=a.
(6)

3. 這些運算是相互分配的

a ^ (b v c)=(a ^ b) v (a ^ c)
(7)
a v (b ^ c)=(a v b) ^ (a v c).
(8)

4. B 包含普遍邊界emptyset空集)和I全集),它們滿足

emptyset ^ a=emptyset
(9)
emptyset v a=a
(10)
I ^ a=a
(11)
I v a=I.
(12)

5. B 有一個一元運算a->a^',即取補運算,它服從以下定律

a ^ a^'=emptyset
(13)
a v a^'=I
(14)

(Birkhoff 和 Mac Lane 1996)。

在(Bell 1986,p. 444)略顯陳舊的術語中,布林代數可以定義為一個集合B,其中元素為ab,... 帶有二元運算子 v (或+;邏輯)和 ^ (或·;邏輯),使得

1a. 如果ab在集合B中,那麼a v b在集合B中。

1b. 如果ab在集合B中,那麼a ^ b在集合B中。

2a. 存在一個元素Z(零),使得對於每個元素aa v Z=a

2b. 存在一個元素U(單位),使得對於每個元素aa ^ U=a

3a. a v b=b v a

3b. a ^ b=b ^ a

4a. a v b ^ c=(a v b) ^ (a v c)

4b. a ^ (b v c)=(a ^ b) v (a ^ c)

5. 對於每個元素a,存在一個元素a^',使得a v a^'=Ua ^ a^'=Z

6. 集合B中至少有兩個不同的元素。

亨廷頓(Huntington,1933ab)提出了以下布林代數的基礎

1. 交換律:x v y=y v x

2. 結合律:(x v y) v z=x v (y v z)

3. 亨廷頓公理!(!x v y) v !(!x v !y)=x

然後,H. 羅賓斯推測亨廷頓公理可以用更簡單的羅賓斯公理代替,

 !(!(x v y) v !(x v !y))=x.
(15)

由交換律、結合律和羅賓斯公理定義的代數稱為羅賓斯代數。計算機定理證明表明,每個羅賓斯代數都滿足第二個溫克勒條件,由此立即得出所有羅賓斯代數都是布林代數(McCune,Kolata 1996)。


另請參閱

布林函式布林值亨廷頓公理超立方體圖極大理想定理羅賓斯代數羅賓斯公理溫克勒條件沃爾夫勒姆公理 在 課堂中探索此主題

使用 探索

參考文獻

貝爾,E. T. 數學精英。紐約:西蒙與舒斯特出版社,1986年。伯克霍夫,G. 和麥克萊恩,S. 現代代數概論,第5版。紐約:麥克米倫出版社,第317頁,1996年。孔泰特,L. “子集系統生成的布林代數”。§4.4 在高階組合數學:有限與無限展開的藝術,修訂擴充版。多德雷赫特,荷蘭:賴德爾出版社,第185-189頁,1974年。哈爾莫斯,P. 布林代數講義。普林斯頓,新澤西州:範諾斯特蘭出版社,1963年。亨廷頓,E. V. “邏輯代數的新獨立假設集”。美國數學學會彙刊 35, 274-304, 1933a.亨廷頓,E. V. “布林代數:更正”。美國數學學會彙刊 35, 557-558, 1933b.科拉塔,G. “計算機數學證明顯示了推理能力”。紐約時報,1996年12月10日。麥克昆,W. “羅賓斯代數是布林代數”。http://www.cs.unm.edu/~mccune/papers/robbins/.門德爾松,E. 布林代數和開關電路導論。紐約:麥格勞-希爾出版社,1973年。西科爾斯基,R. 布林代數,第3版。紐約:施普林格出版社,1969年。斯基納,S. 實現離散數學:使用 Mathematica 的組合數學和圖論。雷丁,馬薩諸塞州:艾迪生-韋斯利出版社,1990年。 威爾斯,C. F. “布林表示式操作”。http://library.wolfram.com/infocenter/MathSource/4187/.懷特西特,J. E. 布林代數及其應用。紐約:多佛出版社,1995年。沃爾夫勒姆,S. 一種新科學。香檳,伊利諾伊州:沃爾夫勒姆媒體出版社,第 1168 頁,2002年。

在 中被引用

布林代數

請引用本文為

韋斯坦,埃裡克·W. “布林代數”。來自 ——一個 Wolfram 網路資源。https://mathworld.tw/BooleanAlgebra.html

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