Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка (дискретка)

.pdf
Скачиваний:
139
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
1.6 Mб
Скачать

e) Побудувати

f

* (x,

y)

. Чи буде функція

f (x, y)

самодвоїстою?

4. Застосовуючи

f (x, y, z) (x y z) x

тотожні перетворення, привести функцію до виду ДНФ, а потім ДДНФ.

5.Функція від трьох змінних набуває значень 1 на наборах № 1, 2, 4, 7. Побудувати ДДНФ і ДКНФ. З’ясувати, чи буде ця функція самодвоїстою.

6.З’ясувати, чи будуть повними системи функцій:

 

 

 

 

 

 

 

 

a) {x, x1 x2 };

b) {x1 | x2}.

 

7.

З’ясувати, які з елементарних кон’юнкцій, складених з двох змінних

x

та

y ,

 

є імплікантами

функції

f (x, y) x y . Чи будуть вказані

імпліканти простими? Вказати прості імпліканти.

 

8.

За допомогою карт Карно мінімізувати булеві функції:

 

 

a)

f x y z x y z x y z x y z x y z ;

b)

f

x y z t x y z t x y z t x

y z t x

y

z t

.

9. Функція f приймає значення 1 на наборах: 010, 011, 100, 101 та 111.

За допомогою методу Петрика знайти тупикові ДНФ та вибрати серед них мінімальні форми.

10.Привести булеву

функцію

f x y z x z x y

до

мінімізувати її аналітичним методом.

 

 

 

11.За

допомогою

методу

Квайна

мінімізувати

f (x, y, z) x y z x y z x y z x y z x y z .

 

 

ДДНФ та

функцію

B6

1. Побудувати таблицю істинності для функції

2. Показати, що

x

є фіктивною змінною

формулами:

 

 

a)

f (x, y, z) ((z y) x) ( y x) z x ;

f (x, y, z)

функції

f

(x y

, що

z

) x .

задана

b)f (x, y, z) ((x y) (x z) (x y z) y .

3.Нехай задана функція f (x, y) (x | y) (x y) x .

a)Який порядковий номер цієї функції?

b)Застосовуючи тотожні перетворення, спростити формулу, яка задає f (x, y) .

c)Розкласти функцію f (x, y)

d)Побудувати ДКНФ функції

за змінною f (x, y) .

x

.

e) Побудувати f * (x, y) . Чи буде функція f (x, y) самодвоїстою?

41

f

4. Знайти диз’юнктивний

(x, y, z) (x y x z) (x y z (z

розклад функції за змінними

x y)) .

x,

z

, якщо

5. Нехай задана функція

f (x, y, z) (x ( y z)) | ((x y) ~ (x z)) . За

таблицею істинності побудувати ДДНФ і ДКНФ. З’ясувати, чи буде ця функція самодвоїстою.

6. Привести до ДДНФ та ДКНФ функцію

f ((x1 x2 ) x2 ) x2

x3

шляхом тотожних перетворень та за допомогою таблиць істинності. 7. З’ясувати, чи будуть повними системи функцій:

a)

{x1 x2 ,

x1

x2

}

;

b)

{x

 

1

 

x

2

}

 

 

.

8.

Записати функції, двоїсті до функцій:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a) f (x y z) (x y x z) ;

b)

f (x y) z t x t .

9.

З’ясувати, які з елементарних кон’юнкцій, складених з двох змінних,

є імплікантами функції

f (x, y, z) x ( y z). Чи будуть вказані імпліканти

простими?

10.За допомогою карт Карно мінімізувати булеві функції:

a)

f

x

y z x

y z x

y z x

y z x

y

z

;

b)

f

x y z t x y z t x y z t x y z t x y z t x

y

z t

.

12.За допомогою методу Петрика знайти тупикові ДНФ та вибрати серед них мінімальні форми для булевої функції, яка задана вектором

значень

f

(0,1,1,1,1,1,1, 0) .

13.Функція

f

приймає значення 1 на наборах: 010, 110, 101 та 111.

Мінімізувати функцію

f

за допомогою методу Квайна.

C6

1. Знайти фіктивні змінні функції

a)

f

(0, 0,1,1, 0, 0,1,1)

;

f , що задана вектором значень:

b)

f

(0, 0,1,1,1,1, 0, 0) .

2.Скільки існує різних булевих функцій від n нуль (тобто дорівнюють 0 на нульовому наборі)?

3.Спростити формулу (x y) (z y) (x z y

4.Довести тотожності:

a)x y z x | ( y | z) ;

b)x y z (x y z) (x y) ( y z) (

змінних, що зберігають

) .

z x) .

42

5. Нехай задана функція

f (x, y, z) ((x y z) | (x | y)) ~ (z ( y z)) . За

таблицею істинності побудувати ДДНФ і ДКНФ. З’ясувати, чи буде ця функція самодвоїстою.

6. Привести булеву функцію

f (x, y, z) (x y z) (x z)

шляхом

тотожних перетворень до ДДНФ та ДКНФ.

7.Знайти всі самодвоїсті функції від двох змінних.

8.Перевірити рівності:

 

a) x x y

x y ;

b) x x y x y .

 

Записати двоїсті співвідношення та довести їх справедливість.

 

9. Мінімізувати

за

допомогою методу Квайна булеву функцію

f

x y z t x y z t x y z t x y z t x y z t x y z t .

7. Графи

Приклади розв’язання типових задач

 

 

 

Задача 1. Нехай

G (V , E) – зв’язний граф і

e – деяке його ребро.

Позначимо через G

 

граф, який отримано з G

вилученням

ребра

e .

 

Довести, що:

 

 

 

 

 

 

 

a) граф G

 

є зв’язним, якщо ребро e належить циклу в графі

G ;

 

b) граф G є незв’язним і має рівно дві компоненти зв’язності, якщо ребро e не входить у жодний цикл графа G .

Розв’язання.

a) Нехай дві довільні вершини v і w є зв’язаними у графі G . Покажемо,

 

 

 

 

. Можливі два випадки. Якщо маршрут

що вони будуть зв’язаними і у G

M ,

що

з’єднує v і w у зв’язному графі

G ,

не

містить

ребро e , то

вилучення цього ребра не змінить зв’язності

v

і w

у графі

 

. Якщо ж

G

ребро e

належить маршруту M і e (u1, u2 ) , то маршрут, що веде з v у w

у графі

 

, можна побудувати таким чином:

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

беремо маршрут, що веде з v в u1 ;

 

 

 

 

 

 

додаємо до нього ту частину циклу, що містив ребро e , яка

 

залишилась у графі G та з’єднуємо вершини u1 і u2 ;

 

 

 

беремо маршрут, що веде з u2 в w.

 

 

 

 

 

 

Отже, побудовано “обхідний” маршрут з v до w. Тому граф G є

зв’язним.

b) Нехай ребро e (u1, u2 ) не належить жодному циклу графа G . Тоді у графі G вершини u1 та u2 будуть незв’язаними і будуть належати двом різним компонентам зв’язності G1 та G2 графа G . Крім того, у графі G

43

стануть незв’язаними ті і тільки ті вершини, які були з’єднані у графі

G

маршрутом, що містив ребро

e . Отже, кожна

вершина v у G

 

буде

 

зв’язаною або з вершиною u1 , або з вершиною u2

, тобто v належатиме або

G1 , або G2 . Це і означає, що G

 

має рівно дві компоненти зв’язності.

 

 

 

Задача 2. Якщо у простому графі G тільки дві вершини v та w мають непарні степені, то вони зв’язані. Довести.

Розв’язання. Якщо граф G

граф G – незв’язний і вершина

зв’язний, то твердження очевидне. Нехай v належить компоненті зв’язності G1 . За

наслідком з леми про рукостискання кожен простий граф має парну кількість вершин непарної степені. Тому і вершина w повинна належати цій же компоненті, оскільки за умовою інших вершин непарної степені не існує. Отже, вершини v та w зв’язані.

Задача 3. Довести, що графи G1 (V1, E1) та ізоморфні.

1

b

G

(V

, E

)

2

2

2

 

5 2

4

 

3

a

d

 

f

c

 

 

 

 

 

 

 

 

G

G

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Розв’язання. Побудуємо бієктивне відображення

h :

V1

зберігає суміжність вершин в графах G1 та G2 :

 

 

 

h(1) b,

h(2) f ,

h(3) c,

 

h(4) a,

h(5) d .

 

V2

, що

При побудові відображення враховуємо степінь вершин графів: в графі G1

існує одна вершина степені 4:

n(1) 4

. У графі

G2

теж існує лише одна

 

 

 

 

 

 

вершина b степені 4, отже,

 

 

h(1) b .

У графі

G1

вершина 1 суміжна з

вершинами 2 та 5, які мають степінь 2. У графі G2 їм відповідають

вершини f та d , отже, можна покласти

h(2) f

та

h(5) d , і т.д.

Потрібно перевірити, що побудоване відображення дійсно зберігає

суміжність вершин. Випишемо множину E1 ребер графа G1 :

E1 {(1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5), (2, 3), (3, 4), (4, 5)}.

Побудуємо множину E

 

{(h(u), h(v)) | (u,v) E1}:

 

E {(b, f ), (b, c), (b, a), (b, d), ( f , c), (c, a), (a, d)}.

Очевидно, що E E2 ,

тобто, якщо вершини u та v є суміжними у

графі G1 , то їх образи h(u) та h(v) є суміжними у графі G2 . Отже, графи G1 та G2 ізоморфні.

44

Зауважимо, що відображення

Наприклад,

h(1) b,

h(2) d,

h можна побудувати не

h(3) a,

h(4) c,

h(5)

єдиним чином.

f .

Легко

перевірити, що це відображення також зберігає суміжність вершин.

Задача 4. Нехай T (V , E) – ациклічний граф, m n 1. Довести, що граф T є деревом.

|V | n, | E | m

і

Розв’язання. Дерево – це зв’язний ациклічний граф. Отже, потрібно довести, що T – це зв’язний граф. Доведення проведемо від супротивного. Нехай T – незв’язний граф, який має k компонент зв’язності: T1, T2 , , Tk ,

причому k 1.

Тоді кожен

з

графів Ti (Vi , Ei ), i 1, , k,

є деревом.

Нехай |Vi | ni ,

| Ei | mi .

Тоді

mi ni 1, i 1, , k . Просумувавши по

всіх значеннях

i , маємо:

 

m1

mk n1

nk k або

m n k .

Врахувавши, що за умовою

m n 1, маємо

k 1. Отримали протиріччя

припущенню k 1. Отже,

граф

T має лише одну компоненту зв’язності,

тобто є зв’язним. Це і означає, що граф Е є деревом.

A7

1. Побудувати діаграму, матрицю суміжності та інцидентності

G (V, E) ,

де

V {1, 2, 3, 4, 5},

E {(1, 2), (2, 4), (1, 5), (3, 2), (3, 5),

(5, 4)}.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Нехай

задано

матрицю суміжності

A

деякого графа

G .

допомогою матриці A визначити:

 

 

 

a)

кількість вершин графа

G ;

 

 

 

b)

кількість ребер графа G ;

 

G ;

 

c)

степінь

n(v)

певної вершини v графа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d)

чи має граф

G петлі;

 

 

 

 

e)

чи є G

повним графом.

 

 

 

 

графа

(4,1),

Як за

3.

Побудувати діаграму повного графа

Kn з n

вершинами для:

 

а) n 1;

b) n 2;

c) n 3; d)

n 4;

e) n 5 ;

f) n 6.

4.

Скільки ребер має повний граф з n вершинами?

 

5.

Побудувати декілька підграфів графа K5 та декілька його остовних

підграфів.

 

 

 

 

 

6.

Скільки ребер у графі з n вершинами, якщо кожна його вершина має

степінь 2?

 

 

 

 

 

7.

Чи існує граф із n вершинами, усі вершини якого є кінцевими, якщо:

 

a) n 10 ;

b) n 11?

 

 

 

45

8. Побудувати доповнення наведених графів:

 

c

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

c

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

b)

 

 

c)

 

 

a

b

d

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

b

e

c

f

9. У певному товаристві з n осіб кожен знайомий з

k і тільки k

іншими особами. Чи можливе таке товариство для:

 

a) n 5, k 2;

b)

n 5, k 3;

c) n 2m, k 1; d)

n 2m, k 3?

10.Нехай графи

G1 (V , E1 ) і

G2 (V , E2 ) задано

за допомогою

матриць суміжності

A

і A

відповідно,

V n . Визначити матрицю

 

1

2

 

 

 

суміжності a) G1

A

для графа:

G2

; b)

G1

G2

;

c)

G1

\

G2

;

d)

G1

.

11.Чому дорівнює степінь вершини

v

у графі

вершинами:

 

 

 

 

a) n(v) 1

;

b) n(v) m 1; c)

 

n(v) 0;

G , якщо у графі d) n(v) k ?

G

з m

12.Нехай задано граф

G

:

3

4

2

1 5

Чи буде послідовність вершин 1 2 1 5 2 4 маршрутом? Побудувати:

a)маршрут, який з’єднує вершини 1 та 4 і не є ланцюгом;

b)ланцюг, який з’єднує вершини 1 та 4 і не є простим ланцюгом;

c)прості ланцюги, які з’єднують вершини 1 та 4 і мають найбільшу та найменшу довжини;

d)циклічний маршрут, який містить вершину 1 та не є циклом;

e)цикл, який містить вершину 1 та не є простим циклом;

f)прості цикли, які містять вершину 1 та мають найбільшу та найменшу довжини.

46

13.Нехай задано граф

G

:

 

 

 

7

2

5

6

9

1

 

 

 

 

 

3

4

 

8

Знайти всі ланцюги, які з’єднують вершини 1 та 9. Скільки серед них буде простих?

14.Довести, що граф G1 ізоморфний графу G2 графу G3 . Показати, що граф G1 ізоморфний графу

та граф

G3 .

G2

ізоморфний

1

2

3

a

 

b

v

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

6

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5

6

e

 

d

v

4

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

G

 

 

 

 

G

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.Граф, ізоморфний своєму доповненню, називається самодоповнювальним графом. Довести, що існує тільки один самодоповнювальний граф із чотирма вершинами. Побудувати його.

16.Довести, що кількість вершин

графа дорівнює або

4k , або 4k 1,

k

будь-якого самодоповнювального

N .

17.Довести, що для будь-якого графа доповнення є зв’язним графом.

G (V, E)

він сам або його

18.Побудувати всі дерева з п’ятьма вершинами (з точністю до ізоморфізму).

19.Незв’язний граф, кожна компонента зв’язності якого є дерево, називається лісом. Скільки ребер містить такий граф з n вершинами і k компонентами зв’язності?

20.Довести, що будь-яке дерево з дві кінцеві вершини.

n

вершинами (

n

2

) має принаймні

21.Для графів G1 та G2 побудувати відповідні їм остовні дерева:

a)вилучаючи ребро з кожного циклу;

b)пошуком в ширину;

c)пошуком в глибину.

47

1

 

2

 

 

3

8

 

 

 

 

9

7

 

4

 

6

5

 

 

 

 

G

 

 

1

v1

v5

v2

v3

v4 G2

22.Скільки ребер потрібно вилучити зі зв’язного графа

G (V , E)

вершинами та m ребрами, щоб отримати остовне дерево?

 

23. Нехай граф G

задано

за

допомогою матриці суміжності

Побудувати діаграму графа G та його матрицю інцидентності, якщо

 

 

 

 

0 1 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

1 0 1 1

 

.

 

 

 

0 0 0 0

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з n

AG .

Знайти напівстепені входу і виходу кожної вершини. Зясувати, чи має цей граф джерело та стік.

24. Побудувати орієнтований граф з сімома вершинами, який має 2 недосяжні і 3 тупикові вершини.

B7

1. Побудувати діаграму, матрицю суміжності

G (V, E), де V {1, 2, 3, 4, 5}, E {(1, 5), (2, 3), (2,

та

5),

інцидентності графа

(3, 4), (4,1), (4, 2)}.

2. Нехай граф G1 задано за допомогою матриці суміжності

AG1

, граф

G

2

– за допомогою матриці інцидентності

BG

. Побудувати діаграми цих

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

графів, якщо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1 1 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 1 0

 

 

 

 

 

1 0 0 1 1

 

 

 

 

 

1 0 0 0

 

 

 

A

 

1 0 0 0 1

;

B

 

 

.

 

 

G1

 

 

 

 

 

G2

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1 0 0 0

 

 

 

 

 

0 0 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 1 0 0

 

 

 

 

 

0 1 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

3.

Побудувати

всі

графи

з

чотирма вершинами і

m

(m 0,1, , 6).

 

 

 

 

 

 

4.

Чи існує повний граф, у якого кількість ребер дорівнює:

 

 

a) 15; b)

18;

c) 8k

2

2k,

k N ?

 

 

 

 

ребрами

5. Чи існує граф із шістьма вершинами, степені яких дорівнюють: a) 1, 2, 3, 3, 4, 4; b) 2, 3, 3, 4, 4, 4; c) 2, 2, 2, 4, 5, 5.

Відповідь обґрунтувати.

6.Побудувати граф із п’ятьма вершинами, у якому тільки дві вершини мають однакові степені. Чи можуть ці вершини мати степінь 0 або степінь

4?

7.Побудувати об’єднання, перетин, різницю та доповнення графів:

 

e

 

 

 

c

 

 

 

c

 

 

d

 

a

 

a

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Нехай задано два графи G1

та G2

:

 

d

b

v

 

v

2

 

1

 

 

v

 

 

v4

a

c

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

v

d

 

 

 

5

6

 

 

 

 

 

 

G

 

G

2

 

1

 

 

 

Вилучити з графа G1 :

 

 

 

 

a)

вершину v5 ; b)

вершину v3

;

Вилучити з графа G2

вершину c .

 

9. Нехай задано граф G :

 

 

 

 

1

 

2

 

 

b e

c) ребро e (v3 , v5 ) .

3

4

5

6

49

a)Вказати степінь кожної вершини.

b)Перевірити лему про рукостискання та її наслідок.

c)Не будуючи доповнення G , вказати, скільки ребер буде мати

граф

G

.

 

 

 

 

d) Чому дорівнюватимуть степені вершин 3 та 5 у графі

G

?

 

 

 

 

 

10.Нехай у графі G з n вершинами і m ребрами є

p вершин степеня

а всі інші вершини мають степінь t 1. Довести, що p (t 1) n 2m.

t

,

11.Кубічний граф – це граф, степінь кожної вершини якого дорівнює 3. Побудувати кубічний граф, що має:

a) 4 вершини; b) 6 вершин; c) 8 вершин. Чи існує кубічний граф з n вершинами, якщо:

а) n 100;

b) n 101?

12.Скільки вершин повинен мати кубічний граф? Скільки ребер у

такому графі?

13.Довести, що доповнення кубічного графа не є кубічним графом.

14.Чому дорівнює кількість ребер у графі вершин і k ребер?

G

, якщо

граф

G

має

n

15.Чи існує самодоповнювальний граф, у якого кількість ребер

дорівнює:

a) 5

;

b) 7

?

16.Побудувати всі самодоповнювальні графи із п’ятьма вершинами.

17.Нехай задано граф

G :

a

d

b

c

 

f

Які з наведених нижче послідовностей вершин є маршрутом: a) abcabcd ; b) d f bac f ; c) bcd f ca ; d) d f c ab ?

Вказати ланцюги, прості ланцюги та довжину кожного маршруту. 18.Чи має граф

1

3

2

4

 

5

50