集合与逻辑运算
標準约 35 分钟8 个术语过去问 12 题
本单元目标
- 能把集合的并、交、补与韦恩图中的区域对应起来解读。
- 能列出真值表,并从表中辨别出是哪种运算或逻辑式。
- 能区分 AND 与 OR 在只有一方为 1 的行上、OR 与 XOR 在两方都为 1 的行上的输出差异。
术语总表(8 个)
术语
集合(集合)是由是否符合某一条件可以明确判定的事物所组成的整体。
集合中的每一个成员称为元素;当集合 X 的元素全部也属于集合 Y 时,称 X 为 Y 的子集。由两个集合可以构成收集属于其中任一集合的元素的并集,以及只收集同时属于两者的元素的交集。在全体中不属于某集合的元素所组成的集合称为补集。
类比就像社团的名册,有没有名字决定了在不在其中。像“个子高的人”这样标准模糊的群体构不成集合。
记法符号 ∪ 可记作 Union(合并)首字母 U 的形状,∩ 则是把它倒扣过来的形状。
考点
- 常考对于任意两个集合(集合),交集(積集合)的元素都属于原集合,原集合的元素又都属于并集(和集合)。包含关系按“交集 ⊆ 原集合 ⊆ 并集”的顺序排列。
该术语的过去问 2 题 集合 →
韦恩图(ベン図)是用圆表示集合,通过圆的重叠与位置来表示集合之间关系的图。
外框的长方形表示所考虑的全体,圆的内侧是该集合,外侧相当于它的补集。两个圆把全体分成 4 个区域,三个圆则分成 8 个区域,每个区域都由“在哪些圆的内侧、哪些圆的外侧”唯一确定。把涂色区域换成文字或式子,就能直观地确认条件是如何组合的。
类比就像在地图上用圆圈出两个镇的范围,把重叠处看作同时属于两个镇的房子。
记法名称取自英国逻辑学家约翰·维恩(John Venn),是人名,而不是对图的描述。
考点
- 常考要把涂色区域写成逻辑式(論理式),需逐个区域确认它在各圆的内侧还是外侧,内侧取该条件,外侧取该条件的否定(否定),再组合起来。
该术语的过去问 2 题 ベン図 →
真值表(真理値表)是把输入可能取的所有组合逐行列出,并写出各自输出的表。
一般把真写作 1、假写作 0,输入有 n 个时行数为 2 的 n 次方。真值表毫无遗漏地写出了运算的作用,因此结果为同一张表的两个式子可以说作用相同。
类比针对装有两个开关的照明,把开和关的全部组合都试一遍,记录灯泡是否点亮的一览表。
记法“真值”指的是真或假这一值,把这些值逐一列出的表,就叫真值表。
考点
- 常考判断表是哪种运算,要看输出为 1 的那些行的输入组合。只有输入全为 1 的行输出为 1 时,就是逻辑与(論理積)。
- 常考否定(否定)加在括号外的式子,先做出括号内结果的一列,再把其中的 0 和 1 互换,就得到真值表。
该术语的过去问 2 题 真理値表 →
逻辑运算(論理演算)是只以真(1)和假(0)两个值作为输入,按既定规则返回 1 或 0 的运算的总称。
代表性的运算有 AND 和 OR,还有只取一个输入的否定。组合多个运算的式子从括号内依次计算,用于检索的条件表达式和计算机内部按位进行的处理。集合的交、并、补分别对应逻辑与、逻辑或和否定。
类比就像只用“是”或“否”回答问题的工作人员,根据收到的一个或多个回答,按固定步骤返回一个“是”或“否”。
记法英语也称 Boolean operation,得名于将二值运算体系化的数学家布尔。
考点
- 常考在条件表达式中,把同一项目中任选其一皆可的候选用 OR 合并放进括号,再用 AND 与其他项目的条件连接,就能在保留候选的同时缩小范围。
该术语的过去问 1 题 論理演算 →
AND(逻辑与,論理積)是输入全部为 1 时输出才为 1 的运算。
输入中只要有一个 0,输出就为 0,在集合中相当于收集同时属于两者的元素的交集。它用于以“并且”连接条件来缩小范围,或只取出数据中部分位的处理。
类比两把钥匙都转动时才会打开的保险柜门。
记法有时用符号 ∧ 或“·”(乘号的点)表示,结果与 0 和 1 的乘法相同。
考点
- 常考在按位进行的 AND 中,对方比特为 0 的位变为 0,为 1 的位保留原数据的值。
- 常考把 AND 的输出再与另一个输入用 AND 连接,只有所有输入都为 1 时最终输出才为 1。
该术语的过去问 2 题 AND →
OR(逻辑或,論理和)是只要输入中任意一个为 1,输出就为 1 的运算。
只有输入全部为 0 时输出才为 0,在集合中相当于收集属于任一集合的元素的并集。它用于以“或者”连接条件、扩大对象范围。
类比无论从正门还是后门回家都会响的到家提示铃。
记法有时用符号 ∨ 或“+”(加号)表示,只有把 1 + 1 也当作 1 这一点与普通加法不同。
考点
- 常考用 OR 连接两个条件时的符合数,等于各自符合数之和减去同时满足两者的数。
该术语的过去问 1 题 OR →
NOT(否定,否定)是把一个输入的 0 和 1 互换的运算。
它是只取一个输入的一元运算,与组合两个输入的运算形式不同。在集合中相当于不属于某集合的元素,即补集,在韦恩图中表示圆外侧的区域。
类比每按一次就在点亮和熄灭之间切换的按钮。
记法连续施加两次 NOT 就会回到原来的值(否定的否定即肯定)。
考点
- 常考括号外的 NOT 会把括号内的整体结果取反,因此对 OR 的结果取否定时,只有输入全为 0 的行为 1。
该术语的过去问 2 题 NOT →
XOR(异或,排他的論理和)是两个输入的值不同时输出才为 1 的运算。
无论两个输入都为 0 还是都为 1,只要值相同,输出就为 0。用同一个值做两次 XOR 会回到原值;XOR 还用于检测错误等。
类比在楼梯上下各装一个开关来控制同一盏灯的接线。无论切换哪一个,灯都会在亮与灭之间转换。
记法日语名称“排他的論理和”中的“排他”是把对方排除在外的意思,即只承认“其中一方”,排除两者同时成立的情况。
考点
- 常考XOR 在至少一方为 1、并且两方并非都为 1 时为 1,因此也可以用组合其他基本运算的式子来表示。
- 常考在按位进行的 XOR 中,对方比特为 1 的位会在 0 和 1 之间翻转,为 0 的位保留原数据的值。
- 易混两个输入都为 1 时,OR 输出 1,XOR 输出 0,两者只在这一行不同。
该术语的过去问 2 题 XOR →
要点
- 交集包含于原集合,原集合包含于并集。
- 韦恩图的每个区域由它在哪些圆的内侧或外侧决定,外侧用否定表示。
- 真值表在 n 个输入时有 2 的 n 次方行,通过输出为 1 的行来辨别运算。
- 在按位运算中,AND 把对方为 0 的位变为 0,XOR 把对方为 1 的位取反。
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