离散数学

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出版者:北京大学出版社
作者:段禅伦
出品人:
页数:299
译者:
出版时间:2006-1
价格:28.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787301105115
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

离散数学是计算机科学基础理论的核心课程,也是现代数学的一个重要分支。本教材内容的组织,在力求培养学生严格的抽象思维和逻辑推理能力的同时,注重展现离散数学在计算机科学从信息类专业中的应用,以增强学生使用离散数学知识分析问题和解决问题的能力,为今后处理离散信息、从事计算机软件的开和设计以及计算机科学及信息类专业中的其他实际应用打好数学基础。

作为计算机及信息类专业的数学工具,本书的主要内容包括命题逻辑、一阶谓词逻辑、集合论基础、数论基础、组合计数基础、代数结构、图论及其应用等知识。对相关知识的专业应用内容也做了实用性介绍。

《宇宙的密码:从原子到星辰的和谐乐章》 一、引言:窥探秩序的边界 自古以来,人类便被一种难以言喻的秩序感所吸引,这种秩序并非随意的堆砌,而是隐藏在万物之下的深刻联系和精妙法则。从微观世界的原子结构,到宏观宇宙的星系运转,我们试图理解其中蕴含的规律,探寻那超越日常感知的普适性原理。《宇宙的密码》正是这场探索的开端,它将带领读者超越直观的理解,进入一个由逻辑、结构和抽象所构建的迷人世界。本书并非一本单纯的科学教科书,而是一次思维的冒险,一场智力的盛宴,旨在揭示那些构建我们所处现实的底层逻辑,帮助读者培养洞察事物本质的能力。 二、第一部分:无形的力量——逻辑的基石 我们的世界并非随机而生,而是建立在一系列严谨的逻辑关系之上。第一部分将深入探讨逻辑学的基本原理,这是理解一切复杂系统的起点。 命题的真伪:世界的构件 我们将从最基础的“命题”概念入手,理解什么是能够判断真假的陈述,以及如何区分它们。例如,“太阳从东边升起”是一个命题,它的真假是可以确定的。而“今天天气很好”则不那么明确,因为“好”是主观的。我们将学习如何精确地定义和构建命题,为后续的推理奠定基础。 联结的艺术:构建复杂思想 单个命题的意义有限,但通过逻辑联结词,我们可以将简单的命题组合成复杂的陈述,表达更丰富的含义。我们将详细讲解“与”(AND)、“或”(OR)、“非”(NOT)、“如果……那么……”(IMPLICATION)以及“当且仅当”(BICONDITIONAL)等核心联结词。例如,“天下雨,并且我没带伞”就包含了两个命题通过“与”联结。理解这些联结词的真值表,能让我们准确判断复杂命题的真假,从而避免模糊和歧义。 推理的轨迹:从已知到未知 逻辑推理是我们获取新知识、解决问题的核心能力。本部分将重点介绍几种基本的推理形式: 演绎推理(Deductive Reasoning): 从普遍的原则出发,推导出个别的结论。例如,“所有人类都会死亡,苏格拉底是人类,所以苏格拉底会死亡。”我们强调演绎推理的可靠性,只要前提为真,结论必然为真。 归纳推理(Inductive Reasoning): 从个别的现象出发,总结出普遍的规律。例如,我们观察到一千只白天鹅都是白色的,于是归纳出“所有天鹅都是白色的”。我们将探讨归纳推理的局限性,即结论的概率性,以及如何提高归纳推理的可靠性。 溯因推理(Abductive Reasoning): 根据观察到的结果,推测出最可能的原因。例如,看到湿漉漉的地面,我们推测“可能下雨了”。我们将分析溯因推理在科学发现和日常生活中的应用。 论证的严谨:辨别真伪的利器 逻辑推理往往体现在论证中,一个好的论证应该能够令人信服地支持某个结论。我们将学习如何构建有效的论证,识别论证中的谬误,以及评估不同论证的说服力。这包括对“充分必要条件”、“矛盾”、“同一律”等基本逻辑原则的深入理解,帮助读者在信息爆炸的时代,练就一双辨别真伪的慧眼。 三、第二部分:结构的奥秘——集合与关系的探索 自然界和人类社会充满了各种各样的“集合”和它们之间的“关系”。本部分将带领读者走进集合论的世界,理解这些结构是如何组织和连接事物的。 元素的聚会:集合的构成 我们将从“集合”这一基本概念开始,理解它是如何由一组明确区分的“元素”组成的。无论是数字、字母、人,还是抽象的概念,都可以构成集合。我们将学习集合的表示方法(列举法、描述法)、子集、真子集、空集等基本概念。例如,集合A = {1, 2, 3},集合B = {2, 3, 4}。 集合的运算:交融与分离 集合之间并非孤立存在,它们可以进行各种运算,产生新的集合。我们将详细介绍: 并集(Union): 将两个集合的元素合并。A ∪ B = {1, 2, 3, 4}。 交集(Intersection): 找出两个集合共有的元素。A ∩ B = {2, 3}。 差集(Difference): 找出在一个集合中但不在另一个集合中的元素。A - B = {1}。 补集(Complement): 在一个全集中,不属于某个集合的元素。 这些运算不仅在数学上是基础,在计算机科学、数据库管理以及社会学分析中也至关重要。 连接的图景:关系的本质 元素之间并非零散分布,它们之间存在着各种各样的“关系”。我们将探讨: 笛卡尔积(Cartesian Product): 将两个集合的元素进行有序配对,形成新的元素对的集合。例如,A × B = {(1, 2), (1, 3), (1, 4), (2, 2), (2, 3), (2, 4), (3, 2), (3, 3), (3, 4)}。 二元关系(Binary Relation): 笛卡尔积的子集,用来描述两个集合元素之间的对应关系。例如,在一个包含“学生”集合和“课程”集合的例子中,我们可以定义一个关系“选修”,表示哪些学生选修了哪些课程。 关系的性质: 我们将深入分析关系的各种重要性质,如自反性、对称性、反对称性、传递性等。这些性质是理解更复杂的结构,如偏序关系和等价关系的关键。例如,在“大于”关系中,传递性(如果a > b且b > c,则a > c)是显而易见的。 结构的层次:图与树的框架 将集合和关系可视化,可以形成强大的结构表示工具。我们将介绍: 图(Graph): 由顶点(节点)和边(连接)组成的结构,广泛用于表示网络、社交关系、地图信息等。我们将学习图的类型(有向图、无向图)、路径、连通性等概念。 树(Tree): 一种特殊的图,具有层级结构,常用于表示文件系统、组织架构、决策过程等。我们将探讨树的根节点、父节点、子节点、叶子节点等概念,以及它们在信息组织和算法设计中的应用。 四、第三部分:模式的绽放——计数与概率的艺术 概率和计数是我们量化不确定性和理解随机现象的语言。本部分将带领读者进入一个充满可能性的世界,学习如何计算、预测和管理风险。 数数的力量:组合与排列的法则 当需要知道可能出现的不同情况的数量时,计数原理便派上了用场。我们将学习: 加法原理(Addition Principle): 当几个事件互斥时,总的事件数是各事件数之和。 乘法原理(Multiplication Principle): 当几个事件连续发生时,总的事件数是各事件数之积。 排列(Permutation): 考虑元素顺序的选取。例如,从A, B, C中选取两个元素进行排列,有AB, BA, AC, CA, BC, CB,共6种。 组合(Combination): 不考虑元素顺序的选取。例如,从A, B, C中选取两个元素进行组合,有{A, B}, {A, C}, {B, C},共3种。 这些计数技巧在密码学、数据分析、游戏设计等领域有着广泛的应用。 意外的规律:概率的度量 生活充满了不确定性,概率论为我们提供了一个量化这些不确定性的框架。我们将学习: 概率的基本定义: 如何计算一个事件发生的可能性。 条件概率(Conditional Probability): 在某个事件已经发生的前提下,另一个事件发生的概率。例如,“已知今天早上没下雨,那么下午下雨的概率是多少?” 独立事件(Independent Events): 一个事件的发生不影响另一个事件发生的概率。 随机变量(Random Variable): 将随机事件的结果数值化,如抛硬币的正面次数。 概率分布(Probability Distribution): 描述随机变量取不同值的概率。我们将介绍一些常见的概率分布,如二项分布、泊松分布等。 概率论不仅帮助我们理解彩票中奖的概率,更在金融风险管理、医学诊断、天气预报等领域发挥着不可替代的作用。 五、第四部分:算法的智慧——计算与效率的探索 在信息时代,算法是解决问题的核心工具。本部分将带领读者理解算法的设计思想、分析其效率,并为高效解决问题提供指导。 步骤的序列:算法的构成 我们将从“算法”的概念出发,理解它是一系列明确的、有限的指令,用于解决特定问题。算法必须具备三个基本特征:输入、输出和确定性。例如,排序算法、搜索算法等。 效率的衡量:时间与空间复杂度 并非所有算法都能高效地解决问题。我们将学习如何评估算法的效率,主要通过: 时间复杂度(Time Complexity): 算法执行所需的时间与输入规模的关系。 空间复杂度(Space Complexity): 算法执行所需的存储空间与输入规模的关系。 我们将介绍大O记号(Big O notation)等工具,用来描述算法的渐进性能,从而选择最优的算法。 问题的分类:可解性与 NP问题 并非所有问题都能找到高效的算法来解决。我们将初步探讨: 可计算性(Computability): 哪些问题原则上可以通过算法解决。 NP问题(Non-deterministic Polynomial-time problems): 一类难以在多项式时间内找到最优解的问题,但可以快速验证一个潜在解是否正确。例如,旅行商问题。理解NP问题的重要性,有助于我们认识到某些问题的固有难度,并探索近似解或启发式算法。 六、结语:通往理解的钥匙 《宇宙的密码》并非终点,而是一扇门,一串钥匙。通过对逻辑、集合、计数和算法的深入探索,我们不仅获得了理解世界的基本工具,更重要的是,我们训练了严谨的思维方式、抽象的能力和解决问题的系统方法。这些能力将贯穿你的学习、工作和生活的方方面面,帮助你更清晰地认知世界,更有效地应对挑战,更深入地体会那隐藏在万物之下的和谐与秩序。本书希望激发你对探索未知的好奇心,让你在每一次思考中,都能瞥见那构筑现实的精妙“密码”。

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读后感

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用户评价

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读完这本书,最大的感受是它赋予了我一种全新的“数学语言”去审视和描述计算机世界。这套语言,比传统的编程语言更加底层和通用。特别是**计数原理**这一章,对我处理算法中的排列组合和概率分析起到了决定性的作用。过去,我遇到需要计算事件发生次数的问题时,往往是凭感觉去试着用阶乘或组合公式,结果经常出错。这本书系统地梳理了容斥原理、鸽巢原理(抽屉原理)的各种变形应用。我记得有一个关于网络数据包分配的例子,它完美地展示了如何使用容斥原理来排除不符合条件的排列组合,那种“排除法”的精妙之处,一下子点亮了我的思维。这本书没有将概率论作为一个独立的章节来讲解,而是将离散概率的概念巧妙地融入到图论和计数原理的框架中,使得概率不再是孤立的知识点,而是成为了分析离散系统不确定性的一种工具。这本书真正做到了“离散”的精髓——即处理有限、可数对象,并从中发现规律的艺术。

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我最看重一本数学教材的深度和严谨性,而《离散数学》在这方面,简直是无可挑剔的典范。它的**证明方法**讲解部分,是我见过最为详尽和细致的。比如在阐述**数学归纳法**时,作者不仅清晰地界定了“基础步骤”和“归纳步骤”的本质区别,还特地用一小节去讨论了“弱归纳法”和“强归纳法”的等价性,并通过一个经典的斐波那契数列的例子来演示强归纳法在处理需要依赖多个前置条件的情况下的优势。这种对证明逻辑的深度挖掘,让我明白证明不仅仅是一种推导,更是一种严谨的思维训练。另外,对于**集合论**基础的构建,作者的态度非常审慎,没有急于跳入公理化集合论的深水区,而是先用 ZFC 的部分思想,构建了一个足够强大的、能够支撑后续所有结构(如函数、关系)定义的“安全操作平台”。这种稳扎稳打,不走捷径的学术态度,是这本书最让我信赖的地方。

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这本书的排版和对细节的打磨,绝对是教科书中的一股清流。市面上很多教材,版面设计得像是一面灰蒙蒙的墙,密密麻麻的文字和公式挤在一起,读起来简直是一种折磨,更别提查找特定内容了。而《离散数学》则显然投入了大量精力在视觉体验上。色彩的运用非常克制但有效——关键的定义、定理和证明步骤,都会用略微不同的背景色块或加粗斜体进行区分,使得信息的层级结构一目了然。我特别欣赏它在**代数结构**(如群、环、域)那一章的处理方式。这部分内容通常被认为是抽象之王,但这本书通过大量的图示,特别是那些用 Venn 图和运算表来展示不同结构之间包含关系的图示,极大地减轻了读者的认知负担。更不用说,书后的习题设计了三种难度梯度,从基础巩固到开放式探究,非常人性化。那些“思考题”往往不是简单的公式套用,而是需要结合前面学到的多块知识点进行融会贯通的综合性挑战,真正考验了读者的内功。

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这本《离散数学》简直是为我这种数学基础薄弱,但又不得不面对计算机科学核心课程的“受害者”量身定做的救星!我得说,一开始翻开书时,我对那些什么逻辑联结词、集合运算的符号阵列感到头皮发麻,心里咯噔一下,完了,这肯定又是一本晦涩难懂的“天书”。然而,作者在介绍**命题逻辑**时,采取了一种近乎于“手把手”的教学方式。他们没有直接抛出复杂的真值表,而是先用日常生活中的例子——比如“如果下雨,那么我就带伞”——来构建场景,然后才慢慢引入符号的精确表达。这种循序渐进,从具体到抽象的过渡处理得极其自然流畅。特别是关于**谓词逻辑**的部分,那真是把我从逻辑的泥潭里拽了出来。我印象最深的是书中对“全称量词”和“存在量词”的讲解,作者巧妙地引入了几个古代哲学的悖论作为引子,让读者在思考这些经典难题的过程中,不知不觉地掌握了量词的正确使用范围和限制条件。那些原本被我视为抽象概念的东西,在读完这些案例分析后,一下子变得鲜活起来,仿佛我不是在学习公式,而是在参与一场严密的思维游戏。对于初学者来说,这种构建“直觉理解”的方法,比死记硬背定义有效率高出百倍。

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我之前借过几本号称是“面向应用”的离散数学教材,结果发现它们要么是纯理论堆砌,要么就是应用案例过于偏门,根本无法与我日常接触到的算法设计产生有效的连接。但《离散数学》这本书在这方面做得非常出色,它成功地架起了一座连接理论与实践的坚固桥梁。尤其是在讲解**图论**部分时,那种“庖丁解牛”般的分析让人叹服。书中不仅详尽解释了欧拉路径、哈密顿回路这些经典概念,更重要的是,它紧密结合了网络路由、交通规划甚至社交网络分析等现代问题。例如,在介绍最短路径算法(如Dijkstra算法)时,作者没有仅仅停留在算法流程的描述上,而是用一个非常贴近现实的城市公交线路优化问题作为贯穿始终的案例,将算法的每一步迭代、每一步剪枝都与实际决策过程联系起来,让人瞬间明白“为什么这么做”比“怎么做”更重要。我甚至能清晰地看到,当我们将问题抽象成一个带权图模型后,那些看似复杂的公式运算,其实就是在模拟现实世界中资源分配和效率最大化的过程。这本书对算法复杂度的分析也相当到位,没有那种教科书式的冷漠,而是带着一种对工程效率的关怀。

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