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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)
术语一句话类型辨别线索
集合归属与否可以明确判定的事物的全体概念元素・子集・并・交・补
ベン図用圆表示集合、以重叠表示关系的图图按圆内或圆外读取区域
真理値表列出输入的所有组合及其输出的表表n 个输入就有 2 的 n 次方行
論理演算对真(1)和假(0)两个值进行的运算的总称总称结果也是 0 或 1
AND输入全部为 1 时才为 1 的逻辑与二元运算只要有一个 0 就为 0
OR任一输入为 1 就为 1 的逻辑或二元运算全部为 0 时才为 0
NOT将单个输入的 0 和 1 互换的否定一元运算只有一个输入
XOR两个输入不同时才为 1 的异或二元运算两者都为 1 时为 0

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。

运算符号包含的元素
并集A∪B属于 A 和 B 中至少一个的元素
交集(公共部分)A∩B同时属于 A 和 B 的元素
补集在 A 上方加横线等全体中不属于 A 的元素

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。

两个圆的区域圆 A圆 B表示的集合
只属于 A 的部分内侧外侧属于 A 但不属于 B 的元素
重叠部分内侧内侧交集(A∩B)
只属于 B 的部分外侧内侧属于 B 但不属于 A 的元素
不在任何圆内的部分外侧外侧并集(A∪B)的补集

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。

  1. 写出所有输入组合
  2. 先算括号内的列
  3. 套用外侧的运算
  4. 读出输出列

最后一列就是输出,看哪些行为 1 就能知道式子的性质。

4 / 4

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。

ABA AND BA OR BA XOR B
00000
01011
10011
11110

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

ANDAND(逻辑与)

在术语表中打开 AND

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

OROR(逻辑或)

在术语表中打开 OR

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

「AND(逻辑与)」与「OR(逻辑或)」的区别

比较点AND(逻辑与)OR(逻辑或)
关键输出为 1 的条件输入全部为 1输入中有一个以上为 1
在集合中的对应交集(公共部分)并集
日常用语并且或者

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

「OR(逻辑或)」与「XOR(异或)」的区别

比较点OR(逻辑或)XOR(异或)
关键两个输入都为 1 时10
只有一方为 1 时11
韦恩图中涂色的范围两个圆的全部两个圆去掉重叠后的部分

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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