离散数学笔记(期末复习用,更新中……)

离散数学(又称计算机数学)是现代数学的重要分支,是计算机专业课程中的核心基础课程之一。

课程主要分四块:
•    第一部分   数理逻辑(第1章:命题逻辑、谓词逻辑)
•    第二部分   集合论(第2章:集合;第3章:二元关系;第4章:函数)
•    第三部分   代数系统 (第5章:无限集合;第6章:代数; 第7章:格和布尔代数)
•    第四部分   图 论 (第8章:图论)

目录

一、数理逻辑

1.1 命题逻辑

1.1.1 命题及其表示

1.1.2 命题公式

1.1.3 等价和蕴含

1.1.4 范式、主析取范式和主合取范式


一、数理逻辑

1.1 命题逻辑

1.1.1 命题及其表示

命题是陈述句,而不能是疑问句、命令句、感叹句等;命题真假用真值“真假”、“T,F”或“1,0”表示;

命题必须有真假,命题通常用大写英文字母表示,如 P、Q、R等。


命题联结词(否定,合取,析取,蕴含和等值

否定,合取及析取容易理解;

蕴含词:稍加注意的地方是:P→Q,P 称为蕴含前件、条件、前提;Q 称为后件、结果、结论。

当且仅当 P 为真,Q 为假时,P→Q 为假;否则, P→Q 均为真。真值表如下:

可以证明:

等值词:当且仅当P、Q的真值相同,即同为真或同为假时 P↔Q 为真;否则, P↔Q 为假。


1.1.2 命题公式

定义:由命题变元、常元、联结词、括号,以规定的格式联结起来的字符串。

注意:几元函数是由命题公式中命题变元个数决定的,例如P→ Q,两个变元就是2^2=4组真值指派;公式P→ (Q→ R) 可定义三元函数,这样真值表中就要列出2^3=8组真值指派。

《定义》:如果一个命题公式 A 的所有完全指派均为成真指派,则称公式 A 为重言式(永真式)。
《定义》:如果一个命题公式 A 的所有完全指派均为成假指派,则称公式 A 为矛盾式(永假式)。
《定义》:既不是永真式,又不是永假式,则称此命题公式是可满足式。


1.1.3 等价和蕴含

《定义》:如果对两个公式A,B不论作何种指派,它们的真值均相同,则称A,B是逻辑等价的,亦说A等价于B,记AB.

例题:

定理:命题公式A⇔B的充要条件是AB为永真式。

等价式的性质:
1)自反性: A ⇔ A.
2)对称性: A ⇔ B,则 B ⇔ A.
3)传递性: A ⇔ B, B ⇔ C,则 A ⇔ C.

下面列出17组等价公式:

这十七个等价公式要记得,在后面的等价关系证明中要用到,用真值表有点麻烦(如果变元>=3,建议用公式替换化简),下面给几个例题练习下:


*还有对偶式的原理和求解,这个理解下就可以了:(注意式中如有→,⇔将其化成由联结词Λ,∨和﹁;并且括号不能去掉)


永真蕴含式

《定义》:命题公式A称为永真蕴含命题公式B,当且仅当A→B是一个永真式,记作:A=>B.

《定理》:给定命题公式A、B、C,若A=>B,且B=>C,则A=>C。

《定理》:给定命题公式A、B、C,若A=>B、A=>C,则 A => BΛC

例如 证明:P=> P∨Q; PΛQ => P。

下面给出13组常用的永真蕴含式:


1.1.4 范式、主析取范式和主合取范式

如何判定命题公式为永真式、永假式和可满足的呢?如何判定两个命题公式等价?(1)真值表法;(2)命题演算方法;(3)范式方法

范式:把命题公式化归为一种标准的形式,称此标准形式为范式。

(一)、范式:析取范式和合取范式:
设命题变元为:P、Q、R,

则:析取式(P∨Q∨R)称为“和”;合取式(P∧Q∧R)称为“积”。

析取范式和合取范式的定义如下:

求公式的析取范式和合取范式的步骤:
(1)利用等价公式,化去联结词“→”、“⇔” ,把命题公式变为与其等价的且用{﹁ ,∧,∨}表达的公式;

(2)将“﹁”深入到原子命题变元之前,并使变元之前最多只有一个“﹁”词;

(3)利用“∧”与“∨”的分配律,将公式化为析取范式(合取范式)。
(4)去掉永假项(永真项)得最简析取范式(最简合取范式)。

例题:

(二)、主析取范式和主合取范式

主析取范式:

《定义》给定一命题公式,其仅含有极小项析取的等价式称为给定命题公式的主析取范式。在真值表中,一个公式的真值为T的指派所对应的极小项的析取,即为此公式的主析取范式

主合取范式:

《定理》在真值表中,一个公式的真值为F的指派所对应的极大项的合取,即为此公式的主合取范式。在真值表中真值为“F”的个数等于主合取范式中极大项的个数。

求解主合取范式和主析取范式时,可以通过真值表(前提变元<3的情况下,不然列出来很麻烦)

例题:求解下列各式的主析取范式和主合取范式(考试只考到3个变元的)

1.1.5 推理理论


公认的推理规则还有以下3条:
•P 规则:在推导的任何步骤上,都可以引入前提。
•T 规则:在推导过程中,如果前面有一个或多个命题公式永真蕴含命题公式 S,那么就可以把公式 S 也引入到推导过程之中。
•置换规则:在推导的任何步骤上,命题公式中的子公式都可以用与之等价的公式置换。
 

推理方法:直接推理法和间接推理法。

(一)直接推理法

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