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MG · Vorlesung Teil 1 · Abschnitt 6

Boolesche Funktionen

Eine boolesche Funktion nimmt einige Nullen und Einsen und gibt eine Null oder Eins zurück. Jede digitale Schaltung ist so eine Funktion. Rechts steht sie als Kasten mit Drähten. Er zählt am Ende alle möglichen Funktionen durch. Mit Weiter geht es Schritt für Schritt voran.

Worum es geht

Skript Teil 1, Folien 15 bis 18: boolesche Funktionen und ihre Anzahl.

Jeder logische Ausdruck aus den Abschnitten 2 bis 5 ordnet jeder Belegung eine 0 oder 1 zu. Das ist eine Funktion. Hier wird sie allgemein definiert, und wir zählen, wie viele es davon gibt.

So gehen wir vor:

  1. Definition und Beispiele.
  2. Schaltungen als Funktionen.
  3. Die Anzahl begründen und für 1, 2 und 6 Eingänge ausrechnen.

Definition

Definition · boolesche Funktion

Eine nn-stellige boolesche Funktion ist eine Abbildung

f ⁣:{0,1}n→{0,1}.f\colon \{0,1\}^n \to \{0,1\}.

Jedem Tupel (p1,p2,…,pn)(p_1, p_2, \ldots, p_n) mit pi∈{0,1}p_i \in \{0,1\} wird eindeutig ein Wahrheitswert f(p1,p2,…,pn)∈{0,1}f(p_1, p_2, \ldots, p_n) \in \{0,1\} zugeordnet.

{0,1}n\{0,1\}^n ist die Menge aller Tupel aus nn Nullen und Einsen. Ein Tupel ist eine geordnete Liste, etwa (0,1)(0, 1) bei n=2n = 2. Jedes Tupel ist eine Belegung, also eine Zeile der Wahrheitstafel. nn-stellig heißt: nn Eingaben. Abbildung ist ein anderes Wort für Funktion.

Die Funktion ff gibt zu jeder Zeile genau einen Wert aus: 0 oder 1. „Eindeutig“ heißt: nie zwei Werte für dieselbe Zeile.

Beispiele: ¬, ∧ und ∨

Beispiel
  • ¬\neg entspricht einer einstelligen booleschen Funktion.
  • ∧\land und ∨\lor entsprechen zweistelligen booleschen Funktionen.

Die Negation braucht eine Eingabe: f(p)=¬pf(p) = \neg p. Sie ist einstellig.

UND und ODER brauchen zwei: f(p,q)=p∧qf(p, q) = p \land q. Sie sind zweistellig. Ihre Wahrheitstafeln aus Abschnitt 2 sind genau die Wertetabellen dieser Funktionen.

Noch 7 Schritte bis zum Ergebnis
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Die Schaltung als Kasten

Eingänge links, Ausgang rechts

Abbildung 1Die Schaltung als Kasten

Eingänge links, Ausgang rechts

p1p2p3p4p5p6f0/1
Ausgabe-Spalte, eine Zelle je Zeile (4 Zeilen), von 0…0 bis 1…1
0000
Zeilen: 22 = 4
Funktionen: 24 = 16
LegendeAusgabe 1Eine boolesche Funktion als Kasten.