离散数学 (Discrete mathematics) 是研究离散量的结构及其相互关系的数学学科,是 现代数学 的一个重要分支。离散的含义是指不同的连接在一起的元素,主要是研究基于离散量的结构和相互间的关系,其对象一般是有限个或可数个元素。离散数学在各学科领域,特别在 计算机科学与技术 领域有着广泛的应用,同时离散数学也是 计算机专业 的专业课程,如 程序设计语言 数据结构 操作系统 编译技术 人工智能 数据库 算法设计与分析 理论计算机科学 基础等必不可少的先行课程。通过离散数学的学习,不但可以掌握处理离散结构的描述工具和方法,为后续课程的学习创造条件,而且可以提高抽象思维和严格的 逻辑推理能力 ,为将来参与创新性的研究和开发工作打下坚实的基础。
随着 信息时代 的到来, 工业革命 时代以 微积分 为代表的连续 数学 占主流的地位已经发生了变化,离散数学的重要性逐渐被人们认识。离散数学课程所传授的思想和方法,广泛地体现在 计算机 科学技术及相关专业的诸领域,从 科学计算 信息处理 ,从理论计算机科学到计算机应用技术,从 计算机软件 计算机硬件 ,从人工智能到认知系统,无不与离散数学密切相关。由于 数字电子计算机 是一个离散结构,它只能处理离散的或离散化了的数量关系, 因此,无论计算机科学本身,还是与计算机科学及其应用密切相关的现代科学研究领域,都面临着如何对离散结构建立相应的 数学模型 ;又如何将已用连续数量关系建立起来的数学模型离散化,从而可由计算机加以处理。
离散数学是传统的 逻辑学 集合论 (包括 函数 ), 数论 基础, 算法设计 组合分析 ,离散 概率 关系 理论, 图论 抽象代数 (包括 代数系统 等), 布尔代数 ,计算模型(语言与 自动机 )等汇集起来的一门 综合学科 。离散数学的应用遍及现代科学技术的诸多领域。
离散数学也可以说是计算机科学的基础核心学科,在离散数学中的有一个著名的典型例子-四色定理又称四色猜想,这是世界近代三大数学难题之一,它是在1852年,由英国的一名绘图员弗南西斯·格思里提出的,他在进行地图着色时,发现了一个现象,“每幅地图都可以仅用四种颜色着色,并且共同边界的国家都可以被着上不同的颜色”。那么这能否从数学上进行证明呢?100多年后的1976年,肯尼斯·阿佩尔(Kenneth Appel)和沃尔夫冈·哈肯(Wolfgang Haken)使用计算机辅助计算,用了1200个小时和100亿次的判断,终于证明了四色定理,轰动世界,这就是离散数学与计算机科学相互协作的结果。
离散数学可以看成是构筑在数学和计算机科学之间的桥梁,因为离散数学既离不开集合论、图论等数学知识,又和计算机科学中的数据库理论、数据结构等相关,它可以引导人们进入计算机科学的思维领域,促进了计算机科学的发展。
1.集合论部分: 集合 及其运算、 二元关系 与函数、 自然数 及自然数集、集合的基数。
2.图论部分:图的基本概念、 欧拉图 哈密顿图 、树、图的 矩阵 表示、平面图、图着色、支配集、覆盖集、独立集与匹配、带权图及其应用。
3.代数结构部分:代数系统的基本概念、 半群 独异点 与布尔代数。
4.组合数学部分:组合存在性定理、基本的计数公式、组合计数方法、组合计数定理。
5.数理逻辑部分: 命题逻辑 、一阶谓词演算、消解原理。
离散数学被分成三门课程进行教学,即集合论与图论、代数结构与组合数学、数理逻辑。教学方式以课堂讲授为主, 课后有书面作业、通过学校 网络教学平台 发布课件并进行师生交流。