离散数学讲义¶
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阅读导引¶
这份讲义按章节组织,目标不是逐页复述课件,而是把课件中的定义、定理、方法、例题类型和解题套路整理成可复习、可发布到笔记网站的 Markdown 文档。
建议阅读顺序:
- 先从本页确认章节、资料来源和学习路线。
- 进入具体章节页,先读“学习目标、前置知识、建议用时、练习建议”。
- 章节内按原讲义结构学习定义、定理、例题和小结。
- 需要查旧链接时,回到本页使用“旧锚点跳转表”。
课程目标¶
- 建立命题逻辑、谓词逻辑和证明方法的基础语言。
- 掌握集合、函数、序列、算法、归纳递归、计数和关系等离散结构。
- 能把定义、证明、复杂度和计数模型整理成可复习的知识网络。
前置知识¶
- 高中集合、函数和基础代数表达。
- 基本程序流程概念,例如条件、循环、递归和伪代码。
- 能阅读 Markdown 数学公式,例如
$p \to q$、$\forall x P(x)$、$O(n\log n)$。
总体建议用时¶
建议按 7 个真实章节分 4–6 周学习;每章 3–8 小时不等。若只是复习,可先读第 1、2、6、9 章,再回看算法、归纳和高级计数。
总体练习建议¶
- 每章至少整理一张概念表,记录定义、符号、典型题型和易错点。
- 对证明类章节,保留完整推理链,不只写结论。
- 对计数与关系类章节,优先写清对象、限制条件和建模方式。
课程来源与引用边界¶
- 整理者:Lumner。
- 内容来源:根据
DM/目录下现有离散数学课件与note/离散数学讲义.md整理。 - 站内用途:作为公开学习笔记和碧影可读取的公共知识来源。
- 引用边界:这不是课程官方教材,也不替代教师课件、课堂说明或考试要求;外部引用时请注明来自本网站整理版。
章节入口¶
- 第 1 章 逻辑与证明:命题逻辑、谓词逻辑、推理规则和证明策略。(建议 4–6 小时)
- 第 2 章 基本结构:集合、函数、序列、基数和矩阵:集合、函数、序列、基数和矩阵的基础语言。(建议 5–7 小时)
- 第 3 章 算法:算法定义、伪代码、搜索排序和函数增长。(建议 3–4 小时)
- 第 5 章 归纳与递归:数学归纳法、强归纳、递归定义和递归算法。(建议 4–6 小时)
- 第 6 章 计数:加法/乘法原则、排列组合、二项式系数和广义排列组合。(建议 5–7 小时)
- 第 8 章 高级计数技术:递推关系、分治递推、生成函数、容斥和错排。(建议 6–8 小时)
- 第 9 章 关系:关系定义、性质、矩阵/有向图表示、闭包和等价关系。(建议 5–6 小时)
- 附录:符号与证明模板:常用符号、证明模板、更新记录和后续扩展边界。
章节与课件对应表¶
| 章节 | 覆盖内容 | 对应课件 |
|---|---|---|
| 第 1 章 逻辑与证明 | 命题逻辑、谓词逻辑、推理规则和证明策略。 | DM1.1(8).pdf, DM1.2-1.3(5).pdf, DM1.4(6).pdf, DM1.5(5).pdf, DM1.6(6).pdf, DM1.7-1.8(6).pdf |
| 第 2 章 基本结构:集合、函数、序列、基数和矩阵 | 集合、函数、序列、基数和矩阵的基础语言。 | DM2.1.pdf, DM2.2.pdf, DM2.3.pdf, DM2.4.pdf, DM2.5-2.6(5).pdf |
| 第 3 章 算法 | 算法定义、伪代码、搜索排序和函数增长。 | DM3.1-3.3(4).pdf |
| 第 5 章 归纳与递归 | 数学归纳法、强归纳、递归定义和递归算法。 | DM5.1-5.4(7).pdf |
| 第 6 章 计数 | 加法/乘法原则、排列组合、二项式系数和广义排列组合。 | DM6.1(3).pdf, DM6.2(3).pdf, DM6.3-6.4(6).pdf, DM6.5(3).pdf |
| 第 8 章 高级计数技术 | 递推关系、分治递推、生成函数、容斥和错排。 | DM8.1-8.2(6).pdf, DM8.3.pdf, DM8.4(6).pdf, DM8.5-8.6(9).pdf |
| 第 9 章 关系 | 关系定义、性质、矩阵/有向图表示、闭包和等价关系。 | DM9.1-9.3(8).pdf, DM9.4(6).pdf, DM9.5(3).pdf |
资料状态说明¶
| 章节 | 当前处理 |
|---|---|
| 第 4 章 资料未提供章节 | 当前仓库没有对应课件,因此不生成空章节页;后续拿到资料后再补独立页面。 |
| 第 7 章 资料未提供章节 | 当前仓库没有对应课件,因此不生成空章节页;后续拿到资料后再补独立页面。 |
旧锚点跳转表¶
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- 使用说明
- 现有课件索引
- 全书知识结构
- 第 1 章 逻辑与证明
- 1.0 核心目标
- 1.1 命题逻辑
- 命题
- 复合命题和联结词
- 条件命题的相关形式
- 真值表
- 运算优先级
- 位运算
- 1.2 命题逻辑的应用
- 自然语言翻译
- 系统规格说明
- 逻辑谜题
- 1.3 命题等价式与范式
- 重言式、矛盾式、可满足式
- 常用逻辑等价式
- 用等价式化简
- 其他逻辑算子和函数完备性
- 对偶
- 析取范式和合取范式
- 主析取范式和主合取范式
- SAT 和 n 皇后建模
- 1.4 谓词与量词
- 为什么需要谓词逻辑
- 谓词和命题函数
- 量词
- 论域的重要性
- 限制量词
- 自然语言翻译
- 量词否定
- 程序正确性中的前置条件和后置条件
- 1.5 嵌套量词与前束范式
- 嵌套量词
- 同类量词可交换
- 例:实数乘积
- 唯一性表达
- 极限定义的逻辑结构
- 前束范式
- 1.6 推理规则
- 论证和有效性
- 命题逻辑推理规则
- 常见谬误
- 量词推理规则
- 苏格拉底论证
- 1.7 证明导论
- 定理、命题、引理和推论
- 直接证明
- 逆否证明
- 空证明和显然证明
- 反证法
- 充要条件证明
- 1.8 证明方法与策略
- 分情况证明
- 存在性证明
- 唯一性证明
- 反例证明
- 前向推理和后向推理
- 本章小结与补充位
- 第 2 章 基本结构:集合、函数、序列、基数和矩阵
- 2.0 核心目标
- 2.1 集合
- 集合和元素
- 常见数集
- 子集和真子集
- 有限集和基数
- 幂集
- 有序 n 元组和笛卡尔积
- 2.2 集合运算
- 基本运算
- 集合恒等式
- 证明集合恒等式的方法
- 容斥思想的初步形式
- 广义并与广义交
- 用位串表示集合
- 2.3 函数
- 函数定义
- 单射、满射、双射
- 判断技巧
- 反函数
- 函数组合
- 函数图像
- 取整函数
- 2.4 序列与递推
- 序列
- 字符串
- 递推关系
- 解递推关系
- 2.5 集合的基数
- 有限集合的基数
- 相同基数
- 可数集
- 整数集可数
- 正有理数可数
- 有限字母表上的有限字符串可数
- 不可数集
- 不可计算函数的存在
- 幂集基数
- 2.6 矩阵
- 矩阵定义
- 常见运算
- 与离散数学的关系
- 本章小结与补充位
- 第 3 章 算法
- 3.0 核心目标
- 3.1 算法
- 算法定义
- 伪代码
- 搜索问题
- 排序问题
- 贪心算法
- 3.2 函数增长
- 为什么关心增长率
- Big-O
- 多项式增长
- 常见增长顺序
- Big-Omega 和 Big-Theta
- 组合函数的增长
- 3.3 算法复杂度
- 时间复杂度
- 最大值算法复杂度
- 线性搜索复杂度
- 二分搜索复杂度
- 可处理、不可处理、不可解
- 本章小结与补充位
- 第 4 章 资料未提供章节
- 4.1 整除与模运算
- 4.2 整数表示和算法
- 4.3 素数与最大公约数
- 4.4 同余
- 4.5 密码学应用
- 第 5 章 归纳与递归
- 5.0 核心目标
- 5.1 数学归纳法
- 第一数学归纳原理
- 归纳证明模板
- 为什么归纳法有效
- 例:有限集子集个数
- 5.2 强归纳与良序性
- 强归纳原理
- 例:整数的素因子分解存在性
- 良序性
- 例:除法算法
- 5.3 递归定义与结构归纳
- 递归定义函数
- 欧几里得算法的递归思想
- 递归定义集合
- 字符串集合
- 合式公式
- 结构归纳
- 树的递归定义
- 5.4 递归算法
- 递归算法定义
- 递归算法正确性
- 递归与迭代
- 递归斐波那契算法
- 本章小结与补充位
- 第 6 章 计数
- 6.0 核心目标
- 6.1 计数基础
- 乘法法则
- 单射函数计数
- 幂集大小
- 加法法则
- 减法法则
- 包含重叠时的加法
- 除法法则
- 树图
- 6.2 鸽巢原理
- 基本鸽巢原理
- 例:同余
- 广义鸽巢原理
- 例:抽球
- 整除链例题
- 单调子序列定理
- 六人朋友敌人问题
- 6.3 排列与组合
- 排列
- 含指定字符串的排列
- 组合
- 对称性
- 组合证明
- 6.4 二项式系数
- 二项式定理
- 帕斯卡恒等式
- Vandermonde 恒等式
- 常见二项式恒等式
- 6.5 广义排列与组合
- 允许重复的排列
- 允许重复的组合
- 带下界的整数解
- 不可区分对象的排列
- 盒子模型
- Stirling 数
- 本章小结与补充位
- 第 7 章 资料未提供章节
- 7.1 有限概率
- 7.2 概率论基础
- 7.3 Bayes 定理
- 7.4 期望与方差
- 第 8 章 高级计数技术
- 8.0 核心目标
- 8.1 递推关系的应用
- 递推关系回顾
- 兔子问题和 Fibonacci 数
- 汉诺塔
- 不含连续 0 的位串
- 算法与递推
- 8.2 线性递推关系
- 线性齐次常系数递推
- 二阶不同根
- Fibonacci 闭式
- 重根情形
- 非齐次线性递推
- 8.3 分治算法与递推
- 分治思想
- 二分搜索
- 快速整数乘法
- Master Theorem
- 8.4 生成函数
- 定义
- 常见生成函数
- 扩展二项式定理
- 用生成函数计数
- 有限制的选择
- 用生成函数解递推
- 8.5 容斥原理
- 两个和三个集合
- 一般容斥公式
- 反向计数
- 例:不超过 1000 且不被 5、6、8 整除
- 8.6 容斥的应用
- 满射函数计数
- 错排
- 帽子问题
- 本章小结与补充位
- 第 9 章 关系
- 9.0 核心目标
- 9.1 关系及其性质
- 二元关系
- n 元关系
- 函数作为关系
- 关系的表示
- 连接矩阵
- 有向图表示
- 关系性质
- 例:整除关系
- 计数具有某性质的关系
- 9.2 关系运算与复合
- 集合运算
- 逆关系
- 关系复合
- 关系的幂
- 传递性与关系幂
- 9.3 关系的表示
- 矩阵运算
- 有向图和路径
- 9.4 关系闭包
- 闭包定义
- 自反闭包
- 对称闭包
- 传递闭包
- 有限集合上的路径长度
- Warshall 算法
- 多性质闭包
- 9.5 等价关系
- 定义
- 等价类
- 模同余
- 由函数诱导的等价关系
- 字符串前缀等价
- 划分
- 等价关系与划分
- 等价类的基本性质
- 等价关系的组合
- 本章小结与补充位
- 附录 A:常用符号表
- 附录 B:常用证明模板
- 直接证明模板
- 逆否证明模板
- 反证法模板
- 分情况证明模板
- 数学归纳法模板
- 强归纳模板
- 结构归纳模板
- 附录 C:后续更新记录
- 附录 D:待补充清单