離散數(shù)學(英語:Discrete mathematics)是數(shù)學的幾個分支的總稱,研究基于離散空間而不是連續(xù)的數(shù)學結(jié)構(gòu)。與連續(xù)變化的實數(shù)不同,離散數(shù)學的研究對象——例如整數(shù)、圖和數(shù)學邏輯中的命題——不是連續(xù)變化的,而是擁有不等、分立的值。因此離散數(shù)學不包含微積分和分析等“連續(xù)數(shù)學”的內(nèi)容。離散對象經(jīng)??梢杂谜麛?shù)來枚舉。更一般地,離散數(shù)學被視為處理可數(shù)集合(與整數(shù)子集基數(shù)相同的集合,包括有理數(shù)集但不包括實數(shù)集)的數(shù)學分支。但是,“離散數(shù)學”不存在準確且普遍認可的定義。實際上,離散數(shù)學經(jīng)常被定義為不包含連續(xù)變化量及相關(guān)概念的數(shù)學,甚少被定義為包含什么內(nèi)容的數(shù)學。
離散數(shù)學充分描述了計算機科學離散性的特點。
理論計算機科學(Theoretical computer science)包含離散數(shù)學計算的領(lǐng)域,并特別注重圖論和數(shù)理邏輯。理論計算機科學包括對計算數(shù)學結(jié)果的算法研究??伤阈岳碚撗芯磕切ο笤谠瓌t上可被計算,和邏輯有密切聯(lián)系。而復雜性則研究計算耗費的時間,自動機理論和形式語言理論與復雜性緊密聯(lián)系。計算幾何應(yīng)用算法解決幾何問題,而計算機圖像分析則是應(yīng)用算法在計算機中再現(xiàn)圖像。
離散數(shù)學是計算機科學技術(shù)系的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,它主要介紹了計算機科學與應(yīng)用專業(yè)必須掌握的數(shù)學內(nèi)容:主要包括:(1)數(shù)理邏輯;(2)集合論;(3)數(shù)論;(4)代數(shù)結(jié)構(gòu);(5)圖論,其中(3)數(shù)論為學生選學內(nèi)容,不做具體要求。離散數(shù)學具有內(nèi)容多,難度大,抽象性強等特點,是本專業(yè)中難度較大的一門課程。同時它又是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫原理等重要基礎(chǔ)可的先導課程,在計算機科學與技術(shù)專業(yè)的課程體系中具有重要的地位。
本課程由廣東嘉應(yīng)學院計算機學院陳廣明老師開設(shè)。
《離散數(shù)學》課程教學大綱
一、課程基本信息
課程名稱 (中文) | 離散數(shù)學 | ||
課程名稱 (英文) | Discrete Mathematics | 課程類型 | 學科基礎(chǔ)課 |
學 分 | 4 | 總學時 | 85 |
適用對象 | 計算機科學與技術(shù)專業(yè)本科二年級 | ||
考核方式 | 閉卷筆試,平時成績占30%,期末成績占70%。 | ||
先修課程 | 高等數(shù)學 |
二、課程簡介
離散數(shù)學是現(xiàn)代數(shù)學的一個重要分支,是計算機科學與技術(shù)的理論基礎(chǔ),是計算機專業(yè)核心骨干課程,是重要的學科基礎(chǔ)課程。主要內(nèi)容包括數(shù)理邏輯、集合論、圖論、代數(shù)結(jié)構(gòu)與布爾代數(shù)等方面的知識。
三、課程目標
通過離散數(shù)學的學習,培養(yǎng)和提高學生的抽象思維和邏輯推理能力,一方面,為學生今后繼續(xù)學習和工作,參加科學研究,打下堅實基礎(chǔ)。同時為計算機科學與技術(shù)專業(yè)的后繼課程如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理和人工智能等提供必要的數(shù)學基礎(chǔ)。
四、教學內(nèi)容及要求(多名教師任教)
第一章 命題邏輯
教學要點:
要求學生理解命題、命題公式、真值表等基本概念,掌握重言式與蘊含式、對偶與范式的定義,熟練掌握命題邏輯的推理理論。
教學內(nèi)容:
1-1 命題及其表示法
1-2 聯(lián)結(jié)詞
1-3 命題公式與翻譯
1-4 真值表與等價式
1-5 重言式與蘊含式
1-6 其他聯(lián)結(jié)詞
1-7 對偶與范式
1-8 推理理論
考核要求:
1-1 命題及其表示法 (識記與領(lǐng)會)
1-2 聯(lián)結(jié)詞 (領(lǐng)會)
1-3 命題公式與翻譯 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
1-4 真值表與等價式 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
1-5 重言式與蘊含式 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
1-6 其他聯(lián)結(jié)詞 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
1-7 對偶與范式 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
1-8 推理理論 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
第二章 謂詞邏輯
教學要點:
要求學生理解謂詞的概念及表示,命題函數(shù)與量詞的定義。掌握謂詞公式的翻譯,謂詞演算的等價公式與蘊含式,及前束范式等概念,熟練掌握謂詞運算的推理理論。
教學內(nèi)容:
2-1 謂詞的概念
2-2 命題函數(shù)與量詞
2-3 謂詞公式與翻譯
2-4 變元的約束
2-5 謂詞演算的等價式與蘊含式
2-6 前束范式
2-7 謂詞演算的推理理論
考核要求:
2-1 謂詞的概念 (識記)
2-2 命題函數(shù)與量詞 (識記)
2-3 謂詞公式與翻譯 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
2-4 變元的約束 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
2-5 謂詞演算的等價式與蘊含式 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
2-6 前束范式 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
2-7 謂詞演算的推理理論 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
第三章 集合與關(guān)系
教學要點:
要求學生理解集合、關(guān)系的概念及表示,掌握集合的運算關(guān)系的性質(zhì)及關(guān)系的運算。掌握等價關(guān)系、相容關(guān)系、序關(guān)系等關(guān)系的性質(zhì)與判定。
教學內(nèi)容:
3-1集合的概念及表示法
3-2集合的運算
3-4 序偶與笛卡爾積
3-5 關(guān)系及其表示
3-6 關(guān)系的性質(zhì)
3-7 復合關(guān)系和逆關(guān)系
3-8 關(guān)系的閉包運算
3-9 集合的劃分和覆蓋
3-10 等價關(guān)系與等價類
3-11 相容關(guān)系
3-12序關(guān)系
考核要求:
3-1集合的概念及表示法 (識記)
3-2集合的運算 (識記)
3-4 序偶與笛卡爾積 (領(lǐng)會)
3-5 關(guān)系及其表示 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
3-6 關(guān)系的性質(zhì) (領(lǐng)會與應(yīng)用)
3-7 復合關(guān)系和逆關(guān)系 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
3-8 關(guān)系的閉包運算 (應(yīng)用)
3-9 集合的劃分和覆蓋 (領(lǐng)會)
3-10 等價關(guān)系與等價類 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
3-11 相容關(guān)系 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
3-12序關(guān)系 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
第四章 函數(shù)
教學要點:
要求學生理解函數(shù)的概念,逆函數(shù)和復合函數(shù)的定義,掌握基數(shù)的概念,了解可數(shù)集與不可數(shù)集的概念及基數(shù)的比較。
教學內(nèi)容:
4-1 函數(shù)的概念
4-2 逆函數(shù)與復合函數(shù)
4-3 基數(shù)的概念
4-4 可數(shù)集合與不可數(shù)集
4-5 基數(shù)的比較
考核要求:
4-1 函數(shù)的概念 (識記)
4-2 逆函數(shù)與復合函數(shù) (識記與領(lǐng)會)
4-3 基數(shù)的概念 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
4-4 可數(shù)集合與不可數(shù)集(領(lǐng)會與應(yīng)用)
4-5 基數(shù)的比較(領(lǐng)會與應(yīng)用)
第五章 代數(shù)結(jié)構(gòu)
教學要點:
要求學生了解代數(shù)系統(tǒng)的定義,運算及其性質(zhì),掌握半群、群、環(huán)和域的概念,掌握子群的判定,群的同態(tài)與同構(gòu)的定義等。
教學內(nèi)容:
5-1 代數(shù)系統(tǒng)的引入
5-2 運算及其性質(zhì)
5-3 半群
5-4 群與子群
5-5 阿貝爾群和循環(huán)群
5-7 陪集與拉格朗日的定理
5-8 同態(tài)與同構(gòu)
5-9 環(huán)與域
考核要求:
5-1 代數(shù)系統(tǒng)的引入 (識記)
5-2 運算及其性質(zhì) (領(lǐng)會與應(yīng)用)
5-3 半群 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
5-4 群與子群(領(lǐng)會與應(yīng)用)
5-5 阿貝爾群和循環(huán)群(領(lǐng)會與應(yīng)用)
5-7 陪集與拉格朗日的定理(領(lǐng)會)
5-8 同態(tài)與同構(gòu) (領(lǐng)會與應(yīng)用)
5-9 環(huán)與域 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
第六章 格與布爾代數(shù)
教學要點:
要求學生了解格的概念,掌握分配格,有補格的概念及性質(zhì),理解布爾代數(shù)及布爾表達式的概念。
教學內(nèi)容:
6-1 格的概念
6-2 分配格
6-3 有補格
6-4 布爾代數(shù)
6-5 布爾表達式
考核要求:
6-1 格的概念 (識記)
6-2 分配格 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
6-3 有補格 (領(lǐng)會與應(yīng)用)
6-4 布爾代數(shù) (領(lǐng)會)
6-5 布爾表達式 (領(lǐng)會)
五、課時分配表
序號 | 課題名稱 | 課時分配 | 小計 | ||
理論 | 實踐 | 其他 | |||
1 | 數(shù)理邏輯 (命題邏輯、謂詞邏輯) | 15 | 5 | 20 | |
2 | 集合論 | 10 | 5 | 15 | |
3 | 代數(shù)機構(gòu) | 15 | 5 | 20 | |
4 | 圖論 | 10 | 5 | 15 | |
5 | 布爾代數(shù) | 10 | 5 | 15 | |
總課時 | 85 |
“課時分配”中,“其他”主要指看錄像、現(xiàn)場參觀、課堂討論、習題等教學環(huán)節(jié)。
六、教材及參考書
教材:
1.《離散數(shù)學》,高等教育出版社,2005,李盤林主編
參考書:
1.《離散數(shù)學》,高等教育出版社,1982,左孝凌主編
2.《離散數(shù)學》,高等教育出版社,2003,孫吉貴主編
七、教學策略與方法的建議(小標題:黑體/小四,正文內(nèi)容:宋體/小四)
離散數(shù)學作為一門抽象的數(shù)學基礎(chǔ)課程,內(nèi)容相對松散,各個篇章如數(shù)理邏輯、集合論、圖論、代數(shù)機構(gòu)等都可以相對獨立;同時,每個篇章都相對復雜。就目前教學經(jīng)驗來看,學生上課過程中接受度相對其他課程低,且晦澀。這對教學過程來講是一個極大的挑戰(zhàn)。作如下建議:
1. 以專題模式講解
注重理論的理解,5大模塊作深究型教學,注重邏輯推理及符號體系的貫穿
2. 聯(lián)系專業(yè)實際,交叉引入后繼課程的專業(yè)應(yīng)用實例
3. 注重教學課堂氛圍的營造
4. 把程序設(shè)計與算法引入離散數(shù)學的教學
修訂人 陳廣明
審核人
批準人