课程大纲

课程大纲

离散数学

课程编码:B2011001Y 英文名称:Discrete Mathematics 课时:56 学分:3.00 课程属性:专业必修课 主讲教师:王鲲鹏等

中文介绍

英文介绍

教学目的要求
《离散数学》是计算机科学及相关学科的一门重要专业基础课。离散数学利用数学语言描述离散系统的状态、关系和变化过程,是计算机科学与技术的形式化描述语言,也是进行数量分析和逻辑推理的工具。掌握本课程的基本思想、概念和方法可以培养学生利用离散数学的思想分析、解决计算机科学和技术中实际问题的能力。
《离散数学》课程包括数理逻辑、朴素集合论、二元关系与函数、图论以及数论初步等内容。通过这些内容的学习可以使学生形成较完整的离散数学知识体系,掌握离散数学的基本概念、基本理论、基本运算和基本推理方法,形成较强的抽象逻辑思维能力和严密的逻辑推理能力,为后继课程的学习以及将来从事计算机及相关学科的研究、应用等工作打下坚实的基础。

预修课程
线性代数

主要内容
  • 数理逻辑

第一章 命题逻辑的基本概念

  • 命题与联结词
  • 命题公式及其赋值

本章的教学内容包括命题与联接词、命题公式及其赋值。要求掌握五种常用联接词的涵义并能准确运用它们将命题符号化;掌握命题公式的赋值。教学难点是蕴含联接词和析取联接词,真值表。

第二章 命题逻辑等值演算

  • 等值式
  • 析取范式与合取范式
  • 联结词的完备集

本章的教学内容包括等值式,析取范式和合取范式,联接词的完备集。要求掌握等值式的定义,熟练应用等值式及置换规则进行等值演算,掌握极小项、极大项的定义、名称、下角标与成真赋值的关系,掌握求主析取范式和主合取范式的方法。重点和难点是等值式的定义,极大项与极小项。

第三章 命题逻辑的推理理论

  • 推理的形式结构
  • 自然推理系统P

    教学内容包括推理的形式结构,自然推理系统。要求掌握判断推理是否正确的不同方法,掌握推理系统中各条推理规则的名称和内容,掌握自然推理系统中的常用证明方法。难点是推理的形式结构,推理规则。

第四章 一阶逻辑的基本概念

  • 一阶逻辑命题符号化
  • 一阶逻辑公式及解释

教学内容包括一阶逻辑命题符号化,一阶逻辑公式及其解释。要求掌握一阶逻辑的命题符号化,理解为此公式与解释。难点是个体、谓词、量词;重点是谓词公式及其解释。

第五章 一阶逻辑等值演算

  • 一阶逻辑等值式与置换规则
  • 一阶逻辑前束范式

    教学内容包括一阶逻辑等值式与置换规则,一阶逻辑前束范式。要求掌握一阶逻辑基本等值式的使用,掌握一阶逻辑前束公式的求解方法。教学难点是一阶逻辑前束范式。

  • 集合论

第六章 集合代数

  • 集合的基本概念
  • 集合的运算
  • 又穷集的计数
  • 集合恒等式

    教学内容包括几何的基本概念,集合的运算,有穷集的计数,集合恒等式等。要求掌握集合的两种表示法,能够判断两个集合之间是否存在包含、相等、真包含等关系,熟练掌握集合的基本运算,掌握有穷集合的计数方法,掌握证明集合等式或者包含关系的基本方法。重点是掌握集合的基本概念和运算;难点是集合中的计数问题。

第七章 二元关系

  • 有序对与笛卡尔积
  • 二元关系
  • 关系的运算
  • 关系的性质
  • 关系的闭包
  • 关系等价与划分
  • 偏序关系

教学内容包括二重组和笛卡尔积,二元关系,关系的运算,关系的性质,关系的闭包,等价关系与划分,偏序关系。教学要求是理解二重组、二元关系、集合的关系的定义,掌握笛卡尔积的运算和性质,熟练掌握关系表达式、关系矩阵、关系图的表示法,熟练掌握关系的定义域、值域、逆、复合以及幂的计算方法,熟练掌握判断关系五种性质的方法,熟练掌握等价关系和划分的概念和性质,熟练掌握偏序关系、偏序集以及哈斯图。教学难点是二元关系的运算,关系的闭包,等价关系与划分,偏序关系。

第八章 函数

  • 函数的定义与性质
  • 函数的复合与反函数
  • 双射函数与集合的基数

教学内容包括函数的定义与性质,函数的复合与反函数,双射函数与集合的基数。要求掌握函数的基本概念,会判断和证明函数的单射、满射和双射性质,会构造两个给定集合之间的双射,会计算复合函数、双射函数的反函数。难点和重点是函数的复合与反函数,双射函数与集合的基数。

  • 图论

第九章 图的基本概念

  • 通路与回路
  • 图的连通性
  • 图的矩阵表示

    教学内容包括图,通路与回路,图的连通性,图的矩阵表示,图的运算等。要求了解无向图与有向图的定义、顶点的度数等概念,理解零图、平凡图、简单图、完全图、正则图、子图、补图、图同构等概念,熟练掌握握手定理及应用,理解通路与回路、简单通路、简单回路、初级通路、初级回路、无向图顶点间的连通、有向图顶点间的可达等概念,理解无向连通图、连通图等概念,掌握n阶有向图的邻接矩阵和可达矩阵的定义,熟练掌握通过邻接矩阵求顶点间长度为k的通路数、回路数以及图中长度为k的通路和回路数的方法。教学重点是图的基本概念;教学难点是图的通路、回路和连通性,图的矩阵表示。

第十章 

  • 无向树及其性质
  • 生成树
  • 根树及其应用

    教学内容包括无向树及其性质,生成树、跟树及其应用等。要求掌握树的概念和性质,最小生成树的概念和性质,二叉树的遍历及哈夫曼算法等。教学难点是二叉树的遍历。

第十一章 几种特殊的图

  • 欧拉图
  • 哈密尔顿图
  • 二部图与匹配
  • 平面图

    教学内容包括欧拉图,哈密尔顿图,最短路径问题等。要求理解欧拉通路、回路以及欧拉图等概念,熟练掌握判断欧拉图的方法,理解哈密尔顿通路、回路以及哈密尔顿图的概念,会判断某些图是或者不是哈密尔顿图。教学难点是欧拉图的概念、性质以及判断方法,哈密尔顿图的判别。

  • 数论初步

第十二章 整除和算术基本定理

  • 整除和带余除法
  • 最大公因子和辗转相除法
  • 素数和算术基本定理

    教学内容包括整除的基本概念和性质,带余除法和辗转相除法,最大公因子,素数和算术基本定理等。要求掌握整除、带余除法、素数等基本概念,掌握算术基本定理的内容。要求熟练掌握最大公因子和辗转相除法的关系,熟练掌握辗转相除法计算最大公因子的方法。教学难点是素数定理的证明。

第十三章 同余

  • 同余的概念
  • 完全剩余系
  • 既约剩余系和欧拉定理(费马定理)
  • 孙子定理
  • 二次剩余和Legendre符号

教学内容包括同余的概念,完全剩余系和既约剩余系的概念,费马定理和欧拉定理,一次同余方程的解,同余方程组的解和孙子定理,二次同余方程的解和二次剩余,Legendre符号和二次剩余,Jacobi符号等。要求掌握上述基本概念和基本定理。熟练掌握费马定理、孙子定理的内容,熟练应用费马定理和孙子定理解决相关问题。理解Legendre符号和二次剩余的关系,理解Jacobi符号和一般模数二次剩余的关系。教学难点是同余的概念、既约剩余系的概念,孙子定理的证明等。

第十四章 原根

  • 指数和原根
  • 奇素数模原根的存在性

    教学内容包括指数和原根的概念,模奇素数的原根的存在性。要求理解指数和原根的概念。教学难点是模奇素数的原根的存在性的证明。

课时分配

章节/学时分配

讲课

习题课

实验课

上机课

讨论课

其它

第一章

4

1

 

 

 

 

第二章

5

2

 

 

 

 

第三章

4

2

 

 

 

 

第四章

3

1

 

 

 

 

第五章

4

1

 

 

 

 

第六章

3

1

 

 

 

 

第七章

3

2

 

 

 

 

期中考试

 

 

 

 

 

2

第八章

4

1

 

 

 

 

第九章

4

1

 

 

 

 

第十章

4

1

 

 

 

 

第十一章

4

1

 

 

 

 

第十二章

2

1

 

 

 

 

第十三章

6

2

 

 

 

 

第十四章

2

1

 

 

 

 

期末考试

 

 

 

 

 

2

 

课程思政
《离散数学》课程所蕴涵的哲学思想和中国古代哲学思想有着深刻的联系;在其发展过程中我国科学家也在某些方面做出过卓越的贡献。数理逻辑的创始人莱布尼兹就是受到中国八卦的启发而创立了二进制,二进制是现代计算机科学的基础。在组合数学方面,我国宋代数学家杨辉给出的杨辉三角比帕斯卡三角早三百多年;清朝的李善兰给出了一个在国际上以他的名字命名的等式。公元四、五世纪我国的数学书《孙子算经》中给出的孙子定理被推广到更广泛的代数系统,因其重要性和孙子的原创性被国际上命名为“中国剩余定理”!我国思想家和科学家对这些学科贡献繁多,不能一一列举。在课程进行中结合课程内容补充一二,可增强学生的民族自豪感,激发学习热情。

教材
1、离散数学及其应用(第二版),屈婉玲、耿素云、张立昂,高等教育出版社,2018年
2、初等数论(第四版),闵嗣鹤、严士健,高等教育出版,2020年

参考文献

课程教师信息
王鲲鹏博士,中科院信息工程研究所研究员,博士生导师,中国密码学会理事。主要研究方向为序列密码、椭圆曲线密码、格密码等。曾参与创立有限域上洛朗级数的多维连分式理论;做为共同发明人发明我国第一个走出国门的密码算法ZUC;在亚密会、DCC等专业会议和刊物发表科研论文50余篇。

其它说明