第八章 函数 离散数学及其应用课件
函数-离散数学
一、函数的概念
（1）函数的定义：
X与Y集合，f是从X到Y的关系，如果任x∈X, 都存在唯一y∈Y，使得<x,y>∈f,则称f是从X到Y的 函数， (变换、映射)，记作f:X Y, 或X Y. 如果f:XX是函数, 也称f是X上的函数. 下面给出A={1,2,3}上几个关系，哪些是A到A的函数？
函数,则
(h g) f=h (g f)
证明 与关系复合可结合的证明类似，这里从略。
2.定理：f:XY, g:YZ是两个函数, 则
⑴如果f和g是 满射的，则 g f 也是满射的； ⑵如果f和g是入射的，则 g f 也是入射的；
⑶如果f和g是双射的，则 g f 也是双射的。
(2)逆函数的性质
a) 若f为双射，则（f-1）-1=f。 证明：∵（f-1）.f=Ix, f.(f-1)=Iy ∴（f-1）-1=f
b) (g.f) –1= f-1.g-1 证明：设f: X→Y,g:Y→Z,则g.f:X→Z, ∵(g.f). f-1.g-1=g.Iy.g-1=g.g-1=Iz, f-1.g-1.(g.f)= f-1.Iy.f= f-1.f=Ix, ∴(g.f) –1= f-1.g-1
离散数学及应用PPT课件
引 言（续）
二、该课程的主要内容： 离散数学课程的主要内容可以分为四个部分： 数理逻辑，包括命题逻辑和谓词逻辑。(教材的第一、二章) 集合论，包括集合、关系和函数。（教材的第三、四章） 代数系统，包括代数系统的一般概念，几类典型的代数系
统和格。（教材的第五、六章） 图论，包括图的基本概念，几种特殊的图。 (教材的第七章)
数理逻辑：人工智能，数据库，形式语言及自动机， 高级程序设计语言。
集合论： 信息结构与检索，数据结构。 图论： 可计算性理论，计算机网络,数据结构。 代数结构：开关理论，逻辑设计和程序理论，语法
分析。 2. 通过学习离散数学，可以培养和提高自己的抽象思
维和逻辑推理能力，获得解决实际问题能力，为以 后的软、硬件学习和研究开发工作，打下坚实的数 学基础。
版） (美)Kenneth H.Rosen 著 机械工业出版社
28.04.2020
引 言（续）
七、考核方式： 期末考试成绩占70%, 平时成绩占30%.
28.04.2020
第一部分 数理逻辑（Mathematical Logic)
❖ 逻辑：是研究推理的科学。公元前四世纪由希腊的 哲学家亚里斯多德首创。作为一门独立科学，十七 世纪，德国的莱布尼兹(Leibniz)给逻辑学引进了符 号, 又称为数理逻辑(或符号逻辑)。
➢ 因此，离散数学是随着计算机科学的发 展而逐步建立的，它形成于七十年代初期， 是一门新兴的工具性学科。
28.04.2020
引 言（续）
➢ 离散数学是现代数学的一个重要分支， 是计算机科学与技术的理论基础，是计算机 科学与技术专业的核心、骨干课程。
➢ 它 以研究离散量的结构和相互间的关系 为主要目标，其研究对象一般是有限个或可 数个元素，因此它充分描述了计算机科学离 散性的特点。
离散数学的基础知识及其应用
离散数学的基础知识及其应用离散数学是数学的一门分支，它研究的是离散对象的性质及其相互关系，它主要包括离散结构、离散函数和离散过程三个方面。
离散数学在现代计算机科学和信息科学领域中有着非常广泛的应用，它为我们理解现代计算机相关技术提供了基础。
一、离散结构离散结构是离散数学研究的重要内容之一，它主要研究离散对象的结构性质及其相互关系。
离散对象包括有限集、排列组合、图论、树、关系等等。
其中，有限集是离散结构研究中的基本对象，其运算和关系是研究其他离散对象的基础。
例如，在计算机科学中，二进制位就可以看作一个有限集，其元素是“0”和“1”，用于描述数据的存储和处理等。
排列组合是离散结构研究的另一个重要分支，它主要研究有序排列和组合的问题。
排列指的是从n个不同元素中取出m个元素进行排列，按一定顺序排列的方案总数，记作A(n,m)，其中n>=m>=0；组合指的是从n个不同元素中取出m个元素进行组合，不考虑顺序的方案总数，记作C(n,m)，其中n>=m>=0。
排列组合的应用非常广泛，例如在计算机编程中，排列组合算法可以用于产生一些随机的数字组合，以保证计算机程序的安全和难以破解。
图论是离散数学中一个非常重要的分支，它主要研究图的性质及其算法。
图是由一些点和连接这些点的边组成的。
图分为有向图和无向图，其中有向图指的是每一条边都有方向，无向图则没有方向。
图论的研究方法主要是最短路径算法、最小生成树算法等，这些算法在网络优化、社交网络等方面都有着广泛的应用。
例如，在社交网络中，我们可以使用图论中的二分图匹配算法，将人们按照某些规则分为两部分，然后在两部分中各自进行互动。
二、离散函数离散函数是离散数学中的另一个重要研究内容，它主要研究函数和映射的性质及其相互关系。
离散函数是一个有限或可数集合和另一个有限或可数集合之间的映射，而离散函数的研究方法主要是代数方法和组合方法。
代数方法主要研究离散函数的基本性质和代数运算，例如函数的奇偶性、函数的对称性等等。
离散数学的ppt课件
科学中的许多问题。
03
例如，利用图论中的最短路径算法和最小生成树算法
等，可以优化网络通信和数据存储等问题。
运筹学中的应用
01
运筹学是一门应用数学学科， 主要研究如何在有限资源下做 出最优决策，离散数学在运筹 学中有着广泛的应用。
02
利用离散数学中的线性规划、 整数规划和非线性规划等理论 ，可以解决运筹学中的许多问 题。
并集是将两个集合中的所有元素合 并在一起，形成一个新的集合。
详细描述
例如，{1, 2, 3}和{2, 3, 4}的并集是 {1, 2, 3, 4}。
总结词
补集是取一个集合中除了某个子集 以外的所有元素组成的集合。
详细描述
例如，对于集合{1, 2, 3}，{1, 2}的 补集是{3}。
集合的基数
总结词
）的数学分支。
离散数学的学科特点
03
离散数学主要研究对象的结构、性质和关系，强调推
理和证明的方法。
离散数学的应用领域
计算机科学
01
离散数学是计重要的工具和方法。
通信工程
02
离散数学在通信工程中广泛应用于编码理论、密码学、信道容
量估计等领域。
集合的基数是指集合中元素的数量。
详细描述
例如，集合{1, 2, 3}的基数是3，即它包含三个元素。
03 图论
图的基本概念
顶点
图中的点称为顶点或节点。
边
连接两个顶点的线段称为边。
无向图
边没有方向，即连接两个顶点的线段可以是双向 的。
有向图
边有方向，即连接两个顶点的线段只能是从一个顶 点指向另一个顶点。
研究模态算子（如necessity、possibility）的语义和语法。
《离散数学讲义》课件
离散概率分布是描述随机事件在有限或可数无限的可 能结果集合中发生的概率的数学工具。
离散概率分布的种类
常见的离散概率分布包括二项分布、泊松分布、几何 分布等。
离散概率分布的应用
离散概率分布在统计学、计算机科学、物理学等领域 都有广泛的应用。
参数估计和假设检验
参数估计
参数估计是根据样本数据推断总体参数的过 程，包括点估计和区间估计两种方法。
假设检验
假设检验是用来判断一个假设是否成立的统计方法 ，包括参数检验和非参数检验两种类型。
参数估计和假设检验的应 用
在统计学中，参数估计和假设检验是常用的 数据分析方法，用于推断总体特征和比较不 同总体的差异。
方差分析和回归分析
方差分析
方差分析是一种用来比较不同组数据的平均值是否存在显著差异 的统计方法。
《离散数学讲义》ppt课件
目 录
• 离散数学简介 • 集合论 • 图论 • 离散概率论 • 逻辑学 • 离散统计学 • 应用案例分析
01
离散数学简介
离散数学的起源和定义
起源
离散数学起源于17世纪欧洲的数学研 究，最初是为了解决当时的一些实际 问题，如组合计数和图论问题。
定义
离散数学是研究离散对象（如集合、 图、树、逻辑等）的数学分支，它不 涉及连续的变量或函数。
联结词：如与(&&)、或(||)、非(!)等，用 于组合简单命题。
03
04
命题公式：由简单命题通过联结词组合而 成的复合命题。
命题逻辑的推理规则
05
06
肯定前件、否定后件、析取三段论、合取 三段论等推理规则。
谓词逻辑
个体词
表示具体事物的符号。
《离散数学教案》课件
《离散数学教案》课件一、引言1.1 离散数学的概念离散数学是研究离散结构及其性质的数学分支。
离散数学与连续数学相对，主要研究对象是集合、图、逻辑等。
1.2 离散数学的应用计算机科学：图论在网络设计、算法分析中的应用，集合论在数据结构设计中的应用等。
数学逻辑：计算机程序设计中的逻辑判断，布尔代数在电路设计中的应用等。
二、集合论2.1 集合的基本概念集合的定义：由明确的元素构成的整体。
集合的表示法：列举法、描述法。
2.2 集合的运算并集、交集、补集的定义及运算性质。
集合的幂集。
三、逻辑与布尔代数3.1 命题逻辑命题、联结词、复合命题的真值表。
命题逻辑的推理规则。
3.2 谓词逻辑个体、谓词、量词。
谓词逻辑的推理规则。
3.3 布尔代数布尔代数的基本运算：与、或、非。
布尔表达式的化简。
四、图论4.1 图的基本概念图的定义：节点和边的集合。
无向图、有向图、多重图、加权图等。
4.2 图的运算图的遍历：深度优先搜索、广度优先搜索。
图的连通性：强连通、弱连通。
4.3 特殊图二分图、树、路径、圈。
网络流、最短路径问题。
五、组合数学5.1 排列组合排列、组合的定义及计算公式。
分布计数原理。
5.2 计数原理鸽巢原理、包含-排除原理。
二项式定理、多项式定理。
5.3 组合设计区块设计、拉丁方、Steiner系统等。
组合设计的性质和构造方法。
《离散数学教案》课件六、数理逻辑与计算逻辑6.1 数理逻辑的基本概念命题、联结词、逻辑代数。
真值表和逻辑等价式。
6.2 计算逻辑形式语言和自动机。
编译原理中的逻辑分析。
七、组合设计与编码理论7.1 组合设计的基本概念区块设计、拉丁方、Steiner系统。
组合设计的性质和构造方法。
7.2 编码理论线性码、循环码、汉明码。
编码的纠错能力和应用。
八、图的同态与同构8.1 图的同态图的同态的定义和性质。
同态定理和同态的应用。
8.2 图的同构图的同构的定义和性质。
同构定理和同构的应用。
九、树与森林9.1 树的基本概念树的定义和性质。
离散数学及应用课件
离散数学及应用课件离散数学是数学的一个重要分支，它研究的是数学离散对象，如集合、图、树、数等。
它涵盖了一系列丰富而又有深度的主题，包括集合论、图论、数论、逻辑学等。
这些主题不仅在数学领域有着广泛的应用，也在计算机科学、物理学、经济学等多个领域有所涉及。
一、离散数学的主要内容1、集合论：集合论是离散数学的基础，它研究的是集合及其性质和运算。
集合论中的基本概念包括元素、集合、子集、并集、交集、补集等。
2、图论：图论是离散数学中一门研究图形和网络结构的学科。
图论中的基本概念包括节点、边、路径、环、子图等。
图论在计算机科学、电子工程、交通运输等领域都有广泛的应用。
3、数论：数论是研究整数性质和运算的学科。
数论中的基本概念包括整数、素数、合数、约数、倍数等。
数论在密码学、计算机科学等领域有着重要的应用。
4、逻辑学：逻辑学是研究推理和证明的学科。
逻辑学中的基本概念包括命题、推理、证明、反证等。
逻辑学在人工智能、哲学、法学等领域有着广泛的应用。
二、离散数学的应用1、计算机科学：离散数学在计算机科学中的应用广泛而重要。
例如，图论被用于解决计算机科学中的一些基本问题，如排序问题、旅行商问题等。
离散数学还在计算机科学的其他领域有所应用，如算法设计、数据结构、数据库系统等。
2、物理学：离散数学在物理学中的应用也十分广泛。
例如，量子力学和统计力学的理论框架中都有离散数学的影子。
离散数学还在固体物理学、分子物理学等领域有所应用。
3、经济学：离散数学在经济学中的应用也日益增多。
例如，离散数学被用于研究金融市场中的复杂行为，以及分析经济数据的模式和趋势。
离散数学还在博弈论、决策理论等领域有所应用。
三、总结离散数学作为数学的一个重要分支，其理论和应用已经渗透到科学的各个领域。
学习和研究离散数学，不仅可以增强我们的数学素养，还可以提高我们的逻辑思维能力和解决问题的能力。
因此，我们应该重视离散数学的学习和应用。
离散数学是数学的一个重要分支，它研究的是离散量的结构及其相互关系。
离散数学及应用PPT课件
28.04.2020
引 言（续）
六、参考教材：
1.《离散数学及其应用》魏雪丽等编著 机械工业出版社 2 .《离散数学》 左孝凌等著 上海科技文献出版社 3. 《离散数学 — 理论·分析·题解》 左孝凌等著
上海科技文献出版社 4. 《Discrete Mathematics and Its Applications》 （英文
1.1 命题及其表示方法
命题标识符又有命题常量、命题变元和原子变元 之分。 命题常量：表示确定命题的命题标识符。 命题变元：命题标识符如仅是表示任意命题的位置标
志，就称为命题变元。 原子变元：当命题变元表示原子命题时，该变元称为
原子变元。 命题变元也用A,B,…,P,Q,P1,P2,P3 , …, 表示。
1.1 命题及其表示方法
小结：本节主要介绍了命题、命题的真值、 原子命题、复合命题、命题标识符、命题常量、 命题变元和原子变元的概念。 重点理解和掌握命题、命题变元、简单（原子） 命题、复合命题四个概念。
作业：P2 1,2
28.04.2020
第一章 命题逻辑（Propositional Logic）
➢ 因此，离散数学是随着计算机科学的发 展而逐步建立的，它形成于七十年代初期， 是一门新兴的工具性学科。
28.04.2020
引 言（续）
➢ 离散数学是现代数学的一个重要分支， 是计算机科学与技术的理论基础，是计算机 科学与技术专业的核心、骨干课程。
➢ 它 以研究离散量的结构和相互间的关系 为主要目标，其研究对象一般是有限个或可 数个元素，因此它充分描述了计算机科学离 散性的特点。
展创建新的理论，就要寻找合适的数学工具。
例：为了描述新开拓的应用领域中的各
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函数的像和完全原像
定义8.5 设函数 f：A→B, A1A, B1B (1) A1在 f 下的像 f(A1) = { f(x) | x∈A1}, 函数的像 f(A) (2) B1在 f 下的完全原像 f 1(B1)={x|x∈A∧f(x)∈B1} 注意： 函数值与像的区别：函数值 f(x)∈B, 像f(A1)B 一般说来 f 1(f(A1))≠A1, 但是A1f 1(f(A1))
x/2 若x为偶数 例 设 f：N→N, 且 f(x)x1 若x为奇数
令A={0,1}, B={2}, f(A) = f( {0,1}) = { f(0), f(1)}={0,2} f 1(B) = f 1({2})={1,4}
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函数的性质
定义8.6 设 f：A→B, (1) 若 ranf=B, 则称 f:A→B是满射的 (2) 若 y∈ranf 都存在唯一的 x∈A 使得 f(x)=y, 则称 f:A→B
f:P({a,b})→{0,1}, f()=f({a})=f({b})=0, f({a,b})=1, f 是单调递增的, 但不是严格单调递增的
(2) A的每一个子集 A’都对应于一个特征函数, 不同的子集对 应于不同的特征函数. 例如A={a,b,c}, 则有 ={<a,0>,<b,0>,<c,0>}，{a,b}={<a,1>,<b,1>,<c,0>}
第八章 函数
主要内容 函数的定义与性质 函数定义 函数性质 函数运算 函数的逆 函数的合成 双射函数与集合的基数
1
实例
例1 设A={1,2,3}, B={a,b}, 求BA.
BA={ f0, f1, … , f7}, 其中 f0 = {<1,a>,<2,a>,<3,a>} f1 = {<1,a>,<2,a>,<3,b>} f2 = {<1,a>,<2,b>,<3,a>} f3 = {<1,a>,<2,b>,<3,b>} f4 = {<1,b>,<2,a>,<3,a>} f5 = {<1,b>,<2,a>,<3,b>} f6 = {<1,b>,<2,b>,<3,a>} f7 = {<1,b>,<2,b>,<3,b>}
是满射、单射、双射的, 因为它是单调函数并且ranf=R (5) f:R+→R+, f(x)=(x2+1)/x
有极小值 f(1)=2. 该函数既不是单射的也不是满射的
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实例
例3 对于给定的集合A和B构造双射函数 f:A→B (1) A=P({1,2,3}), B={0,1}{1,2,3} (2) A=[0,1], B=[1/4,1/2] (3) A=Z, B=N (4) A [π , 3π] , B=[1,1]
令 f:A→B, f()=f0, f({1})=f1, f({2})=f2, f({3})=f3, f({1,2})=f4, f({1,3})=f5, f({2,3})=f6, f({1,2,3})=f7
10
解答
(2) 令 f:[0,1]→[1/4,1/2], f(x)=(x+1)/4
(3) 将Z中元素以下列顺序排列并与N中元素对应：
是单射的 (3) 若 f:A→B 既是满射又是单射的, 则称 f:A→B是双射的
例2 判断下面函数是否为单射, 满射, 双射的, 为什么? (1) f:R→R, f(x) = x2+2x1 (2) f:Z+→R, f(x) = lnx, Z+为正整数集 (3) f:R→Z, f(x) = x (4) f:R→R, f(x)=2x+1 (5) f:R+→R+, f(x)=(x2+1)/x, 其中R+为正实数集.
12
某些重要函数
(4) 设A为集合, 对于任意的A'A, A'的特征函数 A ' :A→{0,1}定义为 A'(a)=1, a∈A' A'(a)=0, a∈AA'
(5) 设R是A上的等价关系, 令 g:A→A/R g(a)=[a], a∈A
称 g 是从 A 到商集 A/R 的自然映射
13
实例
例4 (1) 偏序集<P({a,b}),R>, <{0,1},≤>, R为包含关系, ≤为 一般的小于等于关系, 令
Z： 0 1 1 2 2 3 3 …
↓ ↓↓↓↓ ↓ ↓
N： 0 1 2 3 4 5 6 …
这种对应所表示的函数是：
f： Z N ,f(x) 22xx1
0 x0
(4) 令 f :[π/2,3π/2]→[1,1] f(x) = sinx
11
某些重要函数
定义8.7 (1)设 f:A→B, 如果存在c∈B使得对所有的 x∈A都有 f(x)=c,
7
例题解答
解 (1) f:R→R, f(x)=x2+2x1
在x=1取得极大值0. 既不是单射也不是满射的 (2) f:Z+→R, f(x)=lnx
是单调上升的, 是单射的. 但不满射, ranf={ln1, ln2, …}. (3) f:R→Z, f(x)= x
是满射的, 但不是单射的, 例如f(1.5)=f(1.2)=1 (4) f:R→R, f(x)=2x+1
则称 f:A→B是常函数. (2) 称 A上的恒等关系IA为A上的恒等函数, 对所有的x∈A都
有IA(x)=x. (3) 设<A, ≼>, <B, ≼>为偏序集，f:A→B，如果对任意的 x1,
x2∈A, x1≺x2, 就有 f(x1)≼ f(x2), 则称 f 为单调递增的；如 果对任意的x1, x2∈A, x1≺x2, 就有f(x1) ≺f(x2), 则称 f 为严 格单调递增的. 类似的也可以定义单调递减和严格单调递 减的函数