离散数学discrete3A
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离散数学形考任务3布尔代数部分概念及性质布尔代数是一种数学分支,研究的是逻辑运算以及相关的逻辑结构和代数系统。
它是以数学家___(___ Boole)的名字命名的。
布尔代数在计算机科学、电路设计、逻辑推理等领域有广泛的应用。
1.布尔代数的基础概念1.1 变量(Variable)在布尔代数中,变量可以取两个值中的一个,分别为0和1.这些值分别代表了真和假。
1.2 运算符(Operators)布尔代数使用运算符进行逻辑运算,常见的包括与(AND)、或(OR)、非(NOT)等。
这些运算符可以用来对变量进行逻辑操作。
2.布尔代数的性质2.1 结合律(Associative Law)在布尔代数中,与和或运算符满足结合律。
即,对于任意的布尔变量a、b和c,以下等式成立:a AND (b AND c) = (a AND b) AND ca OR (b OR c) = (a OR b) OR c2.2 分配律(Distributive Law)在布尔代数中,与和或运算符满足分配律。
即,对于任意的布尔变量a、b和c,以下等式成立:a AND (b OR c) = (a AND b) OR (a AND c)a OR (b AND c) = (a OR b) AND (a OR c)2.3 吸收律(n Law)在布尔代数中,吸收律是与运算和或运算之间的关系。
即,对于任意的布尔变量a和b,以下等式成立:a AND (a OR b) = aa OR (a AND b) = a2.4 互补律(Complement Law)在布尔代数中,非运算满足互补律。
即,对于任意的布尔变量a,以下等式成立:NOT(NOT a) = a3.总结布尔代数是逻辑运算的数学基础,它提供了一套规则和性质,可以用来描述和分析逻辑问题。
熟悉布尔代数的概念和性质对于理解计算机科学和逻辑推理等领域的相关知识非常重要。
离散数学必备知识点总结资料离散数学是指离散的数学概念和结构,独立于连续的数学。
它是在计算机科学、信息科学、数学基础研究、工程技术等领域中的基础课程之一。
以下是离散数学必备的一些知识点总结。
一、逻辑与集合1. 命题与谓词:命题是一个陈述,可以被判断为真或假,而谓词是一种用来描述命题所涉及实体之间关系的语句。
2. 命题逻辑:重点关注命题真假和与或非等运算关系,包括真值表和主范式。
3. 一阶谓词逻辑:注意包含全称量词和存在量词,也包括a|b, a//b等符号的理解。
4. 集合与运算:集合是指不同元素组成的一个整体。
基本的集合运算包括并、交、差等。
5. 关系与函数:关系是一种元素之间的对应关系,而函数是一种具有确定性的关系,即每一个自变量都对应唯一的函数值。
6. 等价关系与划分:等价关系是指满足自反性、对称性和传递性的关系。
划分是指将一个集合分成若干个不相交的子集,每个子集称为一个等价类。
二、图论1. 图的定义和基本概念:图由节点和边构成,节点间的连线称为边。
包括度、路径、连通性等概念。
2. 图的表示方法:邻接矩阵和邻接表。
3. 欧拉图与哈密顿图:欧拉图是指能够一笔画出的图,哈密顿图是指含有一条经过每个节点恰好一次的路径的图。
4. 最短路径与最小生成树:最短路径问题是指在图中找出从一个节点到另一个节点的最短路径。
最小生成树问题是指在图中找出一棵覆盖所有节点的树,使得边权之和最小。
三、代数系统1. 代数结构:包括群、环、域等概念。
2. 群的定义和基本概念:群是在一个集合中定义一种二元运算满足结合律、单位元存在和逆元存在的代数结构。
四、组合数学1. 排列、组合和二项式系数:排列是指从n个元素中任选r个进行排序,组合是指从n个元素中任选r个但不考虑排序,二项式系数是指组合数。
2. 生成函数:将组合数与多项式联系起来的一种工具,用于求出某种算法或结构的某些特定函数。
3. 容斥原理:一个集合的容斥原理指在集合的并、交、补之间的关系。
离散数学知识点整理离散数学是现代数学的一个重要分支,它在计算机科学、信息科学、物理学等领域都有着广泛的应用。
以下是对离散数学中一些重要知识点的整理。
一、集合论集合是离散数学中最基本的概念之一。
集合是由一些确定的、互不相同的对象组成的整体。
集合的表示方法有列举法、描述法等。
列举法就是将集合中的元素一一列举出来,比如{1, 2, 3};描述法是通过描述元素所具有的性质来表示集合,例如{x | x 是大于 0 小于 5 的整数}。
集合之间的关系包括子集、真子集、相等。
如果集合 A 的所有元素都属于集合 B,那么 A 是 B 的子集;如果 A 是 B 的子集,且 B 中存在元素不属于 A,那么 A 是 B 的真子集;如果两个集合的元素完全相同,那么它们相等。
集合的运算有并集、交集、差集等。
并集是将两个集合中的所有元素合并在一起组成的新集合;交集是两个集合中共同拥有的元素组成的集合;差集是从一个集合中去掉另一个集合中的元素所得到的集合。
二、关系关系是集合中元素之间的某种联系。
比如在一个班级中,同学之间的“同桌关系”就是一种关系。
关系可以用矩阵和图来表示。
矩阵表示中,若元素之间存在关系则对应的位置为1,否则为0;图表示中,用点表示元素,用线表示关系。
关系的性质包括自反性、对称性、反对称性和传递性。
自反性是指每个元素都与自身有关系;对称性是指如果 a 与 b 有关系,那么 b 与 a 也有关系;反对称性是指如果 a 与 b 有关系且 b 与 a 有关系,那么 a =b;传递性是指如果 a 与 b 有关系,b 与 c 有关系,那么 a 与 c 有关系。
关系的运算有复合关系和逆关系。
复合关系是将两个关系组合起来得到新的关系;逆关系是将原关系中的元素顺序颠倒得到的关系。
三、函数函数是一种特殊的关系,对于定义域中的每个元素,在值域中都有唯一的元素与之对应。
函数的类型有单射、满射和双射。
单射是指不同的定义域元素对应不同的值域元素;满射是指值域中的每个元素都有定义域中的元素与之对应;双射是既是单射又是满射。
离散数学基础知识离散数学是现代数学的一个重要分支,它在计算机科学、信息科学、物理学等众多领域都有着广泛的应用。
这门学科主要研究离散对象的结构及其相互关系,包括集合、关系、图、逻辑等方面的内容。
集合是离散数学中最基本的概念之一。
简单来说,集合就是一堆具有某种共同特征的元素的总体。
比如,{1, 2, 3, 4, 5}就是一个由数字 1 到 5 组成的集合。
集合的运算包括并集、交集、差集等。
并集就是把两个集合中的所有元素合并在一起组成的新集合;交集则是两个集合中共同拥有的元素组成的集合;差集是从一个集合中去掉另一个集合中的元素所剩下的元素组成的集合。
关系也是离散数学中的重要概念。
关系可以理解为两个集合之间元素的对应规则。
比如,在一个班级中,“同学关系”就是一种关系。
从数学角度来看,我们可以用一个矩阵或者一个有序对的集合来表示关系。
关系具有自反性、对称性、传递性等性质。
图论在离散数学中占据着重要的地位。
图由顶点和边组成,可以用来表示很多实际问题。
比如,交通网络可以用图来表示,顶点代表城市,边代表城市之间的道路。
图的类型有很多,比如无向图、有向图、加权图等。
在图论中,我们研究图的连通性、最短路径、最小生成树等问题。
例如,通过算法可以找到两个顶点之间的最短路径,这在物流配送、网络通信等领域有着重要的应用。
逻辑是离散数学中用于推理和判断的工具。
包括命题逻辑和谓词逻辑。
命题逻辑中,我们研究简单的陈述句的真假情况,并通过逻辑连接词(如“与”“或”“非”等)来组合命题。
谓词逻辑则更加复杂,它可以处理涉及变量和量词(如“存在”“所有”)的命题。
在计算机科学中,离散数学的应用无处不在。
比如,在数据库设计中,集合和关系的概念用于组织和管理数据;在算法设计中,图论的知识可以帮助优化算法的效率;在人工智能中,逻辑推理用于知识表示和推理。
另外,离散数学对于培养逻辑思维和解决问题的能力也非常有帮助。
通过学习离散数学,我们能够更加严谨地思考问题,学会用数学的方法去分析和解决实际问题。
第三讲集合论
一、集合的基本概念和运算
1. 集合的基本概念
·集合(set):集合是数学中最基本的概念之一,不能以更简单的概念来定义(define),只能给出它的描述(description)。
一些对象的整体就称为一个集合,这个整体的每个对象称为该集合的一个元素(member或element)。
·用大写字母A, B, C等表示集合,用小写字母a, b, c等表示集合的元素
·a∈A表示:a是集合A的元素,或说a属于集合A
·a∉A表示:a不是集合A的元素,或说a不属于集合A
·集合中的元素是无序的,不重复的。
通常使用两种方法来给出一个集合:·列元素法:列出某集合的所有元素,如:
·A = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}表示所有小于10的自然数所构成的集合
·B = {a, b, …, z} 表示所有小写英文字母所构成的集合
·性质概括法:使用某个性质来概括集合中的元素,如:
·A = { n | n 是小于10的自然数}
·C = { n | n 是质数} 表示所有质数所构成的集合
·集合由它的元素所决定,换句话说,两个集合A和B相等,记为A = B,如果A和B 具有相同的元素,即a属于集合A当且仅当a属于集合B。
·子集(subset):说集合A是集合B的子集,记为A⊆B,如果a属于集合A则a也属于集合B。
因此A=B当且仅当A⊆B且B⊆A。
说集合A是集合B的真子集(proper subset),如果A⊆B且A不等于B(A ≠ B)。
·空集(empty set):约定存在一个没有任何元素的集合,称为空集,记为φ,有时也用{}来表示。
按子集的定义,空集是任何集合的子集(为什么?)。
·幂集(power set):集合A的幂集,记为P(A),是A的所有子集所构成的集合,即:·P(A) = { B | B ⊆ A }
·例如,A = {0, 1},则P(A) = { {}, {0}, {1}, {0, 1} }
·显然,对任意集合A,有φ∈ P(A)和A∈P(A)
·补集(complement set):集合A的补集,记为A,是那些不属于集合A的元素所构成的集合,即A = {x | x∉A}。
通常来说,是在存在一个全集U的情况下讨论集合的补集。
全集U是所讨论的问题域中所有元素所构成的集合。
2. 集合的基本运算
·集合的并(union):集合A和B的并A⋃B定义为:A⋃B = {x | x∈A ∨x∈B},集合的并可推广到多个集合,设A1, A2, …, A n都是集合,它们的并定义为:
A1⋃A2…⋃A n = {x | ∃i(x∈A i)}
·集合的交(intersection):集合A和B的并A⋂B定义为:A⋂B = {x | x∈A ∧x∈B},集合的交也可推广到多个集合,设A1, A2, …, A n都是集合,它们的交定义为:
A1⋃A2…⋃A n = {x | ∀i(x∈A i)}
·集合的相对补:集合B对A的相对补集A-B定义为:A-B = {x | x∈A ∧x∉B}。
集合B对全集U的相对补集记为~B,称为B的绝对补集。
·集合的对称差:集合A和B的对称差A⊕B定义为:A⊕B = (A-B)⋃(B-A),对称差的一个等价定义是:A⊕B = (A⋃B) - (A⋂B)
·集合的运算可使用文氏图形象地表示。
·集合的运算中,~优先于并、交、相对补及对称差,后面四种运算的顺序由括号决定。
作业:教材p132的3、4、6
3. 集合恒等式
·集合的基本恒等式包括幂等律、结合律、交换律、分配律、同一律、零律、排中律、矛盾律、吸收律、德·摩尔根律、双重否定律,其中最重要的恒等式有:
吸收律:A⋃(A⋂B) = A A⋂(A⋃B) = A
德·摩尔根律:A-(B⋃C) = (A-B)⋂(A-C) A-(B⋂C) = (A-B)⋃(A-C) ·例3.2、例3.3表明证明集合恒等式的一个重要方法是,如果要证明集合A = B,即可证明对任意的x∈A有x∈B,且对任意的x∈B有x∈A。
·其它的一些有关集合运算的性质:
(A⋂B)⊆A (A⋂B)⊆B A⊆(A⋃B) B⊆(A⋃B) (A-B)⊆A
A⊆B ⇔ (A⋃B) = B ⇔ (A⋂B) = A ⇔ (A-B) = φ(A-B) = (A⋂ ~B)
A⊕B = B⊕A A⊕(B⊕C) = (A⊕B)⊕C A⊕φ = A A⊕A = φ
A⊕B = A⊕C ⇒ B = C
·例3.5、例3.6、例3.7运用上述性质来证明集合的恒等式。
4. 有穷集合的计数
·含有有限个元素的集合称为有穷集合(有限集合,finite set),有限集合A的元素个数通常记为|A|。
·A的幂集P(A)的元素个数有如下等式:| P(A)| = 2|A|。
·使用文氏图再加上列方程组,求解方程组的办法可解决许多有关集合计数的问题,例3.8、例3.9采用了这种方法。
·集合计数中一个很重要的定理称为容斥原理,其简单形式如下:
|A⋃B| = |A| + |B| - |A⋂B|
|A⋃B⋃C| = |A| + |B| + |C| - |A⋂B| - |B⋂C| - |A⋂C| + |A⋂B⋂C|
设U为全集,|~A| = |U| - |A|
·使用容斥原理求解例3.9:
设:A = 会打排球的人、B = 会打网球的人、C = 会打篮球的人,即按题意有:|A| = 12, |B| = 6, |C| = 14, |A⋂C| = 6, |B⋂C| = 5, |A⋂B⋂C| = 2
根据容斥定理有:|A⋃B⋃C| = |A| + |B| + |C| - |A⋂B| - |B⋂C| - |A⋂C| + |A⋂B⋂C|,即:|A⋃B⋃C| = 14 + 12 + 6 - |A⋂B| - 5 - 6 + 2,
即|A⋃B⋃C| = 23 - |A⋂B|,而且根据题意有:|B⋂(A⋃C)| = 6,即:
|(B⋂A)⋃(C⋂B)| = |(B⋂A)| + |(C⋂B)| - |A⋂B⋂C| = 5 + |(A⋂B)| - 2 = 6,
即|(A⋂B)| = 3,所以|A⋃B⋃C| = 20,所以不会打这三种球的人为25 - 20 = 5人。
5. 例题分析
作业:教材p133~135的8、9、11、13。