Алгебра Дж. Буля и ее применение в теории и практике информатики

Алгебра Дж. Буля и ее применение в теории и практике информатики

Информация, с которой имеют дело различного рода автоматизированные информационные системы, обычно называется данными., а сами такие системы — автоматизированными системами обработки данных (АСОД). Различают исходные (входные), промежуточные и выходные данные.

Данные разбиваются на отдельные составляющие, называемые элементарными данными или элементами данных. Употребляются элементы данных различных типов. Тип данных (элементарных) зависит от значений, которые эти данные могут принимать.

В современной безбумажной информатике среди различных типов элементарных данных наиболее употребительными являются целые и вещественные числа, слова (в некотором подалфавите байтового алфавита) и так называемые булевы величины. Первые два типа величин нуждаются в пояснении только в связи с конкретными особенностями их представления в современных ЭВМ.

Прежде всего различают двоичное и двоично-десятичное представления чисел. В двоичном представлении используется двоичная система счисления с фиксированным числом двоичных разрядов (чаще всего 32 или, для малых ЭВМ, 16 разрядов, включая разряд для представления знака числа). Если нулем обозначать плюс, а единицей — минус, то 00001010 означает целое число +(2³ +2^l )= + l0, а 10001100— число— (2³ + 2² ) = —12 (для простоты взято 8-разрядное представление). Заметим, что знак числа в машинном представлении часто оказывается удобным ставить не в начале, а в конце числа.

В случае вещественных чисел (а фактически, с учетом ограниченной разрядности, дробных двоичных чисел) употребляются две формы представления: с фиксированной и с плавающей запятой. В первом случае просто заранее уславливаются о месте нахождения занятой, не указывая ее фактически в коде числа. Например, если условиться, что запятая стоит между 3-м и 4-м разрядами справа, то код 00001010 будет означать число 00001,010= (1 + 0 • 2^-1 + 1 • 2^-2 + 0 • 2^-3 ) = 1,25. Во втором случае код числа разбивается на два кода в соответствии с представлением числа в виде х = а • ^{2 b} . При этом число а (со знаком) называется мантиссой, а число b (со знаком) — характеристикой числа х. О положении кода характеристики и мантиссы (вместе с их знаками) в общем коде числа также устанавливаются заранее.

Для экономии числа разрядов в характеристике b ее часто представляют в виде b = ^{2 k} b ₁ , где k — фиксированная константа (обычно k =2). Вводя еще одну константу m и полагая b = 2^k b₂ —m, можно избежать также использования в коде характеристики знака (при малых b₂ > 0 число b отрицательно, а при больших — положительно).

В двоично-десятичном представлении обычные десятичные цифры (а также запятая и знак) кодируются двоичными цифрами. При этом для экономии места часто используется так называемый упакованный код, когда с помощью одного байта кодируется не одна, а две десятичные цифры. Подобное представление позволяет в принципе кодировать числа любой значности. На практике обычно все же ограничивают эту значность, хотя истоль большими пределами, что можно считать их неограниченными.

Тип данных «произвольное слово во входном алфавите» не нуждается в специальных пояснениях. Единственное условие — необходимость различать границы отдельных слов. Это достигается использованием специальных ограничителей и указателей длины слов.

Тип булева переменная присваивается элементарным данным, способным принимать лишь два значения: «истина» (и) и «ложь» (л). Для представления булевых величин обычно используется двоичный алфавит с условием и = 1, p = 0.

Как известно, моделью в математике принято называть любое множество объектов, на которых определены те или иные предикаты. Под предикатом здесь и далее понимается функция у = f(x_i , ..., x_n ), аргументы (x_i , ..., x_n ) которой принадлежат данному множеству М, а значение (у) может являться либо истиной, либо ложью. Иными словами, предикат представляет собой переменное (зависящее от параметров (Xi , ..., Х n } высказывание. Оно описывает некоторое свойство, которым может обладать или не обладать набор элементов (Xi, ..., Xn) множества М.

Число п элементов этого набора может быть любым. При л = 2 возникает особо распространенный тип предиката, который носит наименование бинарного отношения или просто отношения. Наиболее употребительными видами отношений являются отношения равенства (=) и неравенства (¹). Эти отношения естественно вводятся для элементарных данных любого данного типа. Тем самым соответствующий тип данных превращается в модель.

Применительно к числам (целым или вещественным) естественным образом вводятся также отношения порядка >, <, >, £, ³. Тем самы