Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Дискретная математика

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
23.03.2015
Размер:
1.27 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

 

высшего профессионального образования

 

 

«Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

 

Троицкий филиал

 

 

 

Кафедра

математики и информатики

 

 

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению

 

подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

 

Версия документа - 1

стр. 2 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

Содержание

 

 

1. Программа учебной дисциплины

.........................................................................

 

3

1.1. Вводная часть .................................................................................................

 

 

 

3

1.1.1. Цели и задачи освоения учебной дисциплины....................................

 

3

1.1.2. Место учебной дисциплины ......................................в структуре ООП

 

3

1.1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения

 

дисциплины .......................................................................................................

 

 

 

4

1.2.Структура и содержание учебной ............................................дисциплины

 

4

1.3. Рабочая учебная программа...........................................................................

 

 

6

1.3.1. Разделы дисциплины, виды учебной работы, объем занятий и формы

контроля.............................................................................................................

 

 

 

6

1.3.2. Лекции......................................................................................................

 

 

 

7

1.3.3. Практические занятия .............................................................................

 

 

9

1.3.4. Самостоятельная работа ......................................................студентов

 

11

1.4. Список литературы.......................................................................................

 

 

12

2. Методические рекомендации преподавателю...................................................

 

13

3. Методические рекомендации студенту.............................................................

 

13

3.1. Общие методические указания ........................по изучению дисциплины

13

3.2. Методические указания по работе ..................на практических занятиях

14

3.3. Методические указания по подготовке ..............к контрольным работам

14

3.4. Методические указания по выполнению ...................домашнего задания

14

4. Требования (критериальные показатели .....) к уровням освоения программы

15

5. Фонды оценочных средств .................................................................................

 

 

15

5.1. Контрольные работы....................................................................................

 

 

15

5.2. Список вопросов к экзамену........................................................................

 

 

15

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 3 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

1.Программа учебной дисциплины

1.1.Вводная часть

1.1.1.Цели и задачи освоения учебной дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Дискретная математика» является: обеспечение фундаментальной подготовки в важнейших областях современной математики; обучение основным методам решения задач, возникающих в других математических дисциплинах и в практике.

Дисциплина «Дискретная математика» относится к числу математических и естественно научных дисциплин. Она имеет разносторонние связи со многими другими математическими и специальными дисциплинами. Дисциплина основывается на знании числовых систем и функций, изученных в средней школе, а также в некоторых темах дисциплины «Алгебра». Эта дисциплина является базовой для ряда специальных дисциплин.

Задачи освоения дисциплины сводятся к следующему: студенты должны иметь представление о значении дискретной математики, её месте в системе фундаментальных наук и роли в решении практических задач.

1.1.2. Место учебной дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к дисциплинам базовой части (Б.2) математического и естественнонаучного цикла.

Для изучения данной дисциплины студент должен владеть знаниями, полученными при изучении учебного предмета «Математика» основной образовательной программы среднего (полного) общего образования.

Освоение дисциплины «Дискретная математика» является основой для последующего изучения дисциплины «Теория игр и исследование операций» и модуля 2 «Теория вероятностей и математическая статистика».

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 4 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

1.1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать и применять на практике основные методы дискретной математики.

Уметь понимать и применять на практике компьютерные технологии для решения различных комбинаторных и логических задач.

Владеть методологией и навыками решения практических задач. Данная дисциплина способствует формированию следующих компетен-

ций, предусмотренных ООП ВПО по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»

а) общекультурной (ОК)

- способностью к интеллектуальному, культурному, нравственному, физическому и профессиональному саморазвитию, стремление к повышению своей квалификации и мастерства (ОК-16);

б) профессиональной (ПК)

- способностью понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат (ПК-3).

1.2. Структура и содержание учебной дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины «Дискретная математика» составляет 5 зачетных единиц.

Общий объем часов 180, в том числе:

лекции 54;

практические занятия 36;

самостоятельная работа 90

Форма контроля – экзамен III семестр

Содержание дисциплины:

1. Элементы комбинаторики

Размещения и сочетания. Разбиения. Числа Стирлинга и Белла. Реккурентные соотношения.

2. Функции алгебры логики

Задание функции алгебры логики таблицами и формулами. Разложение функции по переменным. Совершенная дизъюнктивная и совершенная конъ-

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 5 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

юнктивная нормальная форма. Полные системы. Критерий полноты. Предполные классы. Базисы. Задача о минимизации булевой функции. Индексы сложности. Геометрическая интерпретация задачи о минимизации. Неприводимые покрытия и тупиковые формы. Сокращенная дизъюнктивная нормальная фор-

ма. Метод Квайна. Алгоритм упрощения и его сложность. ДНФ типа ΣТ. Тео-

рема Журавлева. Нахождение минимальной конъюнктивной нормальной формы. Схемы из функциональных элементов.

3. Функции к-значной логики

Задание функций к-значной логики формулами и таблицами. Элементарные функции к-значной логики. Аналог совершенной дизъюнктивной нормальной формы. Полные системы. Примеры полных систем. Критерий полноты. Критерий Слупецкого. Теорема Кузнецова.

4. Конечные автоматы

Полуавтоматы и автоматы. Задание автомата таблицами для функции перехода и функции выхода. Диаграмма Мура. Моноид полуавтомата и полуавтомат моноида.

5. Ограниченно-детерминированные функции.

Детерминированные функции. Дерево аргументов. Задание детерминированной функции деревом значений. Классы эквивалентности поддеревьев. Огра- ниченно-детерминированные функции. О.-д. функции как функции выхода конечного автомата. Полные системы в классе о.-д. функций.

6. Вычислимые функции

Примитивно-рекурсивные функции. Машины Тьюринга. Вычислимые функции. Связь вычислимых и примитивно-рекурсивных функций. Формула Клини.

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 6 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

1.3.Рабочая учебная программа

1.3.1.Разделы дисциплины, виды учебной работы, объем занятий и формы контроля

Таблица 1 - Разделы дисциплины, виды, объем занятий и формы контроля

 

 

 

Объем в часах по видам

 

Номер

Наименование тем

Се-

 

учебной работы

Формы контроля успевае-

темы

дисциплины

местр

Все-

 

Л

ПЗ

СРС

мости

 

 

 

го

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Элементы комбинато-

III

24

 

8

6

10

Проверка домашних зада-

 

рики

 

 

 

 

 

 

ний, контрольная работа

2.

Функции алгебры ло-

III

64

 

22

12

30

Проверка домашних зада-

гики

 

ний, контрольная работа

3.

Функции к-значной

III

38

 

10

8

20

Проверка домашних зада-

логики

 

ний, контрольная работа

4.

Конечные автоматы

III

4

 

2

2

 

Проверка домашних зада-

 

 

ний,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ограниченно-

 

 

 

 

 

 

Проверка домашних зада-

5.

детерминированные

III

24

 

8

6

10

 

ний, контрольная работа

 

функции

 

 

 

 

 

 

 

6.

Вычислимые функции

III

26

 

4

2

20

Проверка домашних зада-

 

ний

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сессия

III

 

 

 

 

 

Экзамен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итого

 

 

180

 

54

36

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л – лекции; ПЗ – практические занятия; СРС –самостоятельная работа студентов

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 7 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

1.3.2. Лекции

Таблица 2 - Темы лекций, их содержание, трудоемкость

 

 

Кол

Тема лекции

Содержание

-во

ча-

 

 

 

 

сов

Сочетания и

Размещения с повторениями и без повторений. Теорема о числе

 

размещения.

размещений. Упорядочения. Сочетания с повторениями и без по-

4

 

вторений. Теорема о числе сочетаний. Свойства числа сочетаний.

 

Разбиения.

Разбиения. Числа Стирлинга и Белла. Реккурентное соотношение

4

 

для чисел Стирлинга.

 

 

Функции алгеб-

Задание ФАЛ таблицами и формулами. Элементарные функции

 

ры логики

алгебры логики. Существенные и несущественные переменные.

2

 

Двойственная функция. Принцип двойственности.

 

Нормальные

Разложение функции по переменным. СДНФ и СКНФ. Полные

 

формы.

системы. Примеры полных систем. Теорема о полных системах.

2

 

Теорема Жегалкина. Полином Жегалкина.

 

Критерий пол-

Основные замкнутые классы в Р2. Утверждение о несамодвойст-

2

ноты

венной функции. Утверждение о немонотонной функции. Ут-

 

верждение о нелинейной функции. Критерий полноты.

 

Предполные

Замкнутость предполного класса. Теорема о предполных классах

2

классы.

в Р2.

 

Базисы. Теоре-

Базис замкнутого класса. Примеры базисов. Теоремы Поста.

2

мы Поста.

 

 

 

Постановка за-

Дизъюнктивные и конъюнктивные нормальные формы. Число

 

дачи о миними-

ДНФ и КНФ. Индексы сложности на множестве ДНФ и КНФ.

 

зации булевой

 

2

функции.

 

 

 

 

 

Геометрическая

Грани n-мерного двоичного куба. Связь между гранями и эле-

 

интерпретация

ментарными конъюнкциями. Покрытия. Соответствие между по-

 

задачи о мини-

крытиями и ДНФ. Максимальные грани. Тупиковые формы. Гра-

2

мизации булевой

фический метод нахождения минимальной ДНФ.

 

функции. Гра-

 

 

фический метод.

 

 

Сокращенная

Сокращенная ДНФ и алгоритм ее нахождения. Метод Квайна.

 

днф. Метод

 

2

Квайна.

 

 

Алгоритм упро-

Алгоритм упрощения и его сложность. Модификации алгоритма

2

щения.

упрощения.

 

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

«Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Троицкий филиал

 

 

Кафедра

математики и информатики

 

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению

подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

 

стр. 8 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

 

Специальные

ДНФ Квайна и ДНФ типа ΣТ. Регулярные точки и грани. Теорема

 

дизъюнктивные

Журавлева.

 

 

 

2

нормальные

 

 

 

 

 

 

 

 

формы.

 

 

 

 

 

Схемы из функ-

Схемы из функциональных элементов. Существование схемы с

 

циональных

заданной проводимостью. Упрощение схемы.

 

2

элементов.

 

 

 

 

 

Функции к-

Элементарные функции к-значной логики и их свойства. Задание

 

значной логики.

функций к-значной логики таблицами и формулами. Аналог

2

 

СДНФ

 

 

 

 

Примеры пол-

Полные системы. Теорема о полных системах. Примеры полных

 

ных систем в к-

систем.

 

 

 

2

значной логике

 

 

 

 

 

Критерий пол-

Критерий полноты в Р2 и следствия из него. Критерий Слупецко-

 

ноты в Рк. Кри-

го.

 

 

 

4

терий Слупецко-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го.

 

 

 

 

 

Теорема Кузне-

Построение замкнутых классов в Рк. Теорема Кузнецова.

2

цова.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конечные авто-

Полуавтоматы и автоматы. Задание автомата диаграммой Мура.

2

маты.

Моноид полуавтомата и полуавтомат моноида.

 

 

Детерминиро-

Определение детерминированной функции. Пример недетерми-

 

ванные функ-

нированной функции. Детерминированные функции как функции

2

ции.

выхода дискретных преобразователей. Дерево аргументов и дере-

 

во значений.

 

 

 

Ограниченно-

Классы

эквивалентности

поддеревьев.

Ограниченно-

 

детерминиро-

детерминированные функции. О.-д. функции как функции выхода

2

ванные функции

автоматов с памятью.

 

 

 

Полные системы

Операции над ограниченно-детерминированными функциями.

 

в классе о.-д.

Полнота в классе о.-д. функций. Примеры полных систем.

4

функций.

 

 

 

 

 

Машины Тью-

Машина Тьюринга. Вычислимые функции. Примеры вычислимых

 

ринга и вычис-

функций.

 

 

 

2

лимые функции.

 

 

 

 

 

Примитивно-

Примитивно-рекурсивные функции. Формула Клини.

 

рекурсивные

 

 

 

 

2

функции.

 

 

 

 

 

Итого

 

 

 

 

54

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 9 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

1.3.3. Практические занятия

Таблица 3 – Состав и объем практического занятия

 

Но-

 

 

 

 

 

 

Литература

Но-

Наименование и крат-

 

 

 

Коли-

(ссылка на

мер

мер

кое содержание

Цель и характер занятия

чество

источник из

ПЗ

те-

занятия

 

 

 

часов

списка ос-

мы

 

 

 

новной лите-

 

 

 

 

 

 

 

 

ратуры)

1

1

Сочетания,

размеще-

Цель - научиться подсчиты-

4

[1],[2],[6]

 

 

ния и разбиения.

вать

количество

комбинаций

 

 

 

 

 

 

определенного вида используя

 

 

 

 

 

 

комбинаторные формулы.

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

2

1

Контрольная

работа

Цель – мониторинг знаний по

2

[1],[2],[6]

 

 

N 1

 

теме:

Элементы

комбинато-

 

 

 

 

 

 

рики Характер занятия – само-

 

 

 

 

 

 

стоятельная работа.

 

 

3

2

Задание функции таб-

Цель

- научиться

составлять

2

[2],[3],[4],

 

 

лицами и формулами.

таблицу значений функции и

 

[5],[6]

 

 

Двойственная функция

находить двойственную функ-

 

 

 

 

Нормальные

формы.

цию,

научиться

находить

 

 

 

 

Замкнутые классы.

СДНФ, СКНФ и полином Же-

 

 

 

 

 

 

галкина, определять принад-

 

 

 

 

 

 

лежность функции к основным

 

 

 

 

 

 

замкнутым классам.

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

4

2

Полные системы.

Цель - научиться исследовать

2

[2],[3],[4],

 

 

 

 

систему функций на полноту.

 

[5],[6]

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

5

2

Контрольная

работа

Цель – мониторинг знаний по

2

[2],[3],[4],

 

 

N 2

 

теме: Функции алгебры логики

 

[5],[6]

 

 

 

 

Характер занятия – самостоя-

 

 

 

 

 

 

тельная работа.

 

 

 

6

2

Графический

метод.

Цель - научиться графическим

2

[2],[3],[4],

 

 

Метод Квайна

способом находить тупиковые

 

[5],[6]

 

 

 

 

формы и минимальную ДНФ,

 

 

 

 

 

 

научиться находить сокращен-

 

 

 

 

 

 

ную ДНФ аналитическим спо-

 

 

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЧелГУ») Троицкий филиал Кафедра математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины «Дискретная математика» по направлению подготовки 010400.62 «Прикладная математика и информатика»по общему профилю ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»

Версия документа - 1

стр. 10 из 18

Первый экземпляр __________

КОПИЯ № _____

 

 

 

 

 

 

 

 

собом и определять мини-

 

 

 

 

 

 

мальную ДНФ методом Квай-

 

 

 

 

 

 

на.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

7

2

Специальные ДНФ

Цель

-

научиться

находить

2

[2],[3],[4],

 

 

 

 

ДНФ Квайна и ДНФ типа ΣТ.

 

[5],[6]

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

8

2

Контрольная

работа

Цель – мониторинг знаний по

2

[2],[3],[4],

 

 

N 3

 

теме: Функции алгебры логики

 

[5],[6]

 

 

 

 

Характер занятия – самостоя-

 

 

 

 

 

 

тельная работа.

 

 

 

9

3

Функции

к-значной

Цель

-

научиться

задавать

2

[5],[6]

 

 

логики.

 

функции к-значной логики

 

 

 

 

 

 

таблицами и формулами, изу-

 

 

 

 

 

 

чить

свойства элементарных

 

 

 

 

 

 

функций, научиться записы-

 

 

 

 

 

 

вать аналог СДНФ.

 

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

10

3

Полные

системы

Цель - научиться

доказывать

2

[5],[6]

 

 

к-значной логики.

полноту системы с использо-

 

 

 

 

 

 

ванием теоремы о полных сис-

 

 

 

 

 

 

темах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

11

3

Критерий полноты в Рк

Цель

научиться

применять

2

[5],[6]

 

 

 

 

критерий полноты при иссле-

 

 

 

 

 

 

довании систем на полноту.

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

12

3

Контрольная

работа

Цель – мониторинг знаний по

2

[5],[6]

 

 

N 4

 

теме: Функции к-значной ло-

 

 

 

 

 

 

гики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – самостоя-

 

 

 

 

 

 

тельная работа.

 

 

 

13

4

Конечные автоматы

Цель – научиться задавать ко-

2

[6]

 

 

 

 

нечный

автомат

таблицами

 

 

 

 

 

 

значений функций перехода и

 

 

 

 

 

 

выхода и диаграммой Мура.

 

 

 

 

 

 

Характер занятия – совместное

 

 

 

 

 

 

решение задач.

 

 

 

© ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»