spContent=离散数学课程是北京科技大学精品课程,包括数理逻辑、集合论、代数结构、图论及课程综合实验。教学中使用了我们提出的认知结构教学论方法,采用了我们编写的国家级规划教材。适用于计算机、信息安全、物联网、通信工程、人工智能、信息管理等专业的本科生和研究生学习,也适用于其他各类人员学习。
离散数学课程是北京科技大学精品课程,包括数理逻辑、集合论、代数结构、图论及课程综合实验。教学中使用了我们提出的认知结构教学论方法,采用了我们编写的国家级规划教材。适用于计算机、信息安全、物联网、通信工程、人工智能、信息管理等专业的本科生和研究生学习,也适用于其他各类人员学习。
—— 课程团队
课程概述
离散数学是研究离散量的结构及其相互关系的数学学科,是现代数学的一个重要分支,也是计算机科学的基础核心学科。它是数据结构、操作系统、编译技术、人工智能、数据库、算法设计与分析等课程必不可少的先行课程。主要培养学生的缜密思维,提高综合素质。在今天人工智能和大数据等相关新兴学科蓬勃发展的背景下,离散数学课程的学习尤为重要。
本次开设课程的学习内容主要包括数理逻辑、集合论、代数结构、图论、课程综合实验等部分。整个课程的学习主要依托于我们教学团队主编的教材:《离散数学》(国家十二五规划教材、北京市精品教材)。
整个课程的教学呈现出几个鲜明的特点:(1)针对离散数学学习内容特点,在传统教学方式基础上,引进了我们教学团队提出的融合了"知识逻辑结构"与"思维导图"的认知结构教学论(简称KM教学论)这一先进的教学理论(该教学法曾获得北京市教学成果一等奖),精心设计了基于“教学回路”的教学模式:篇→章→节→知识点→节→章→篇;(2)采用了我们教学团队编写的国家级规划教材;(3)将“问题驱动”理念引入到课堂教学中,设计并充分结合使用了实验教学环节,加深了对理论知识的了解和掌握。
相信通过本门课程的学习,会深入理解、熟练掌握并能灵活应用离散数学的学习内容。
授课目标
通过学习该门课程,使学生掌握计算问题的离散化、形式化以及用计算机求解科学计算问题的方法,掌握离散系统的数学描述方法,并能对计算问题进行形式化描述与证明。同时,培养学生的抽象思维能力,为学生进一步学习后续课程打下基础。具体来说,主要教学目标包括:
(1)掌握计算问题的离散化、形式化知识与方法,利用数理逻辑、集合论、代数结构和图论相关的基础知识与专业理论,对计算问题进行形式化描述;
(2)掌握离散系统的数学描述方法,合理运用于计算问题的形式化表示、逻辑演算、逻辑推理和构建计算模型;
(3)掌握离散数学相关的综合及系统知识,对信息技术相关的系统与模型进行分析与设计,并能够对计算问题进行形式化证明。
课程大纲
命题逻辑
课时目标:
理解命题逻辑的基本概念,掌握命题公式的概念和公式间关系的判断;掌握真值表及逻辑等值演算的方法,掌握范式的相关概念和求法,能够利用命题逻辑的概念及运算解决简单的应用问题。
1.1 命题的基本概念
1.2 联结词
1.3 命题公式
1.4 命题公式间的关系
1.5 对偶与范式
1.6 命题逻辑推理理论
1.7 命题逻辑小结
谓词逻辑
课时目标:
理解谓词逻辑的基本概念,掌握谓词逻辑公式的概念和公式间关系的判断,掌握前束范式定义及计算,掌握谓词逻辑推理理论及并能构造推理证明,能够利用谓词逻辑的概念及运算解决一般的应用问题。
2.1 谓词的基本概念
2.2 谓词公式与解释
2.3 谓词公式间的关系
2.4 前束范式
2.5 谓词逻辑推理理论
2.6 谓词逻辑小结
集合
课时目标:
理解集合的基本概念,掌握集合的运算及运算性质证明。
3.1 集合的基本概念
3.2 集合的运算及运算性质
3.3 有限集合的计数
二元关系
课时目标:
掌握二元关系的概念、性质及运算,掌握等价关系、偏序关系等特殊关系的性质,并能够对等价关系与划分、相容关系与覆盖、偏序关系与哈斯图进行综合理解和初步应用。
4.1 有序对、笛卡儿积、二元关系
4.2 关系的性质
4.3 关系的运算
4.4 等价关系与划分
4.5 相容关系与覆盖
4.6 偏序关系、哈斯图、特殊元素
函数
课时目标:
理解函数的性质,能够对函数性质进行证明,并对函数运算进行演算分析与初步应用。
5.1 函数的定义、函数性质的判断
5.2 函数的性质与分类
5.3 常用函数
5.4 函数的运算
集合的基数
课时目标:
了解集合基数的基本概念,能够对基数进行比较与分析。
代数系统
课时目标:
掌握二元运算及代数系统的基本概念与性质,并能够应用于同态映射和同构映射分析和判断。
群论初步
课时目标:
理解半群、独异点和群的定义,掌握三个子群判定定理及其相关证明,理解拉格朗日定理,能熟练地利用循环群的性质判断有限循环群的生成元和所有的子群;初步了解环与域定义及性质。
8.1 群的定义及其性质
8.2 子群和陪集
8.3 特殊群
8.4 环与域
8.5 群论的小结
格与布尔代数
课时目标:
初步了解格、完全格、有界格、有补格、分配格、布尔代数等的定义和性质。
9.1 格的一般性讨论
9.2 特殊的格
9.3 布尔代数及小结
图的基本概念
课时目标:
理解图的基本概念,掌握图的基本性质,能够运用图的性质进行图同构的判断,并能够对图进行相关的并、交、差、环和等运算。
10.1 图的定义
10.2 图的同构
10.3 图与子图及其分类
10.4 图的运算
图的连通性
课时目标:
理解图的连通性,能够对无向图和有限图的连通性进行判别与分析;并能够运用图的连通性来分析相关的实际应用系统。
11.1 通路与回路
11.2 无向图的连通性
11.3 有向图的连通性
图的矩阵表示
课时目标:
掌握图的矩阵表示,给定特定图,可以进行邻接矩阵、可达矩阵、关联矩阵计算。
12.1 邻接矩阵
12.2 可达矩阵
12.3 关联矩阵
特殊图
课时目标:
理解欧拉图、哈密顿图、二分图、平面图基本概念与基本性质,能够应用相关图模型对实际系统或原型系统进行建模与分析。掌握树、生成树、根树的基本性质,能够求出给定带权连通图的最小生成树,并结合实际应用问题进行综合分析。掌握求最优树及最佳前缀码的方法,并结合实际应用问题进行综合分析。
13.1 欧拉图
13.2 哈密顿图
13.3 二分图
13.4 平面图
13.5 树
13.6 生成树
13.7 根树
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预备知识
证书要求
总评成绩达到60分及以上的,可以获得本课程的合格证书(证书需付费申请)。
总评成绩达到80分及以上的,可以获得本课程的优秀证书(证书需付费申请)。
提示:为了对学习者的在线学习过程更加严谨负责,保证平台证书权威性,从2019年9月份开始,中国大学MOOC将不再发放免费证书,原有认证证书的申请方式和流程不变
参考资料
[1] 杨炳儒,谢永红,刘宏岚,洪源,罗熊.离散数学.北京:高等教育出版社,2012.
[2] 左孝凌,李为鑑,刘永才.离散数学.上海:上海科学技术文献出版社,2000.
[3] 左孝凌,李为鑑,刘永才.离散数学理论分析题解.上海:上海科学技术文献出版社,2004.
[4] 屈婉玲,耿素云,张立昂.离散数学.北京:高等教育出版社,2008,第1版.
[5] 屈婉玲,耿素云,张立昂.离散数学学习指导与习题解析.北京:高等教育出版社,2009.
[6] 杨炳儒.离散数学.北京:人民邮电出版社,2006.
[7] 杨炳儒.图论概要.天津:天津科技出版社,1985.
[8] 周礼全.逻辑百科辞典.成都:四川教育出版社,1994.
[9] 傅彦,顾小丰,王庆先,刘启和.离散数学及其应用.北京:高等教育出版社,2007.
[10] 张明尧.离散数学.北京:机械工业出版社,2008.
[11] 梅家斌,刘红玲,罗娟等.离散数学辅导与习题解答(第三版).武汉:华中科技大学出版社,2008.