55AA-007

离散数学

层级
本科生
状态
建设中

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教学大纲

课程概览

离散数学为计算机系统和安全课程提供证明、建模和抽象能力。课程围绕逻辑、集合、关系、函数、归纳、组合、图、树、自动机和基础概率展开,所有主题都尽量连接到程序、协议、密码和系统设计。

这是应用密码学、编译原理、程序分析和网络协议验证的数学入口课。

先修要求

  • 高中数学和基础编程经验。
  • 愿意练习形式化表达和严谨证明。
  • 不要求高等数学背景。

学习目标

  • 使用命题逻辑和谓词逻辑表达计算性质。
  • 完成直接证明、反证、归纳和构造性证明。
  • 用图、关系和自动机描述系统结构。
  • 解决组合计数和基础概率问题。
  • 把数学模型连接到程序正确性、协议和密码应用。

教学组织

  • 每周 2 次课堂:一次讲授核心概念,一次用于实验、论文讨论或项目评审。
  • 课程按 16 周推进,每周都有可检查的作业、实验或项目里程碑。
  • 强调可复现材料:代码、配置、数据、实验日志和报告需要能被助教或同学复查。

周计划

第 2 周

逻辑、命题和谓词实验与评审

把程序性质翻译为逻辑表达式。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 4 周

证明方法和归纳实验与评审

完成递归程序正确性的归纳证明。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 6 周

集合、关系和函数实验与评审

建模访问控制和等价关系。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 8 周

组合计数实验与评审

分析密码空间和碰撞概率。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 10 周

图、树和遍历实验与评审

用图表示依赖、攻击路径或控制流。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 12 周

递推、复杂度和渐近实验与评审

分析算法成本和协议状态增长。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 14 周

自动机和形式语言入门实验与评审

构造一个词法规则或协议状态机。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 16 周

概率模型和随机算法实验与评审

完成随机实验和安全参数分析。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

考核方式

个人作业

概念题、阅读题、设计题和小型编程或实验任务。

25%
实验与项目

证明作业、建模练习和小型数学应用项目。

40%
课堂参与与评审

参与讨论、演示、代码或论文评审,以及同伴反馈。

10%
期末报告与答辩

提交可复现材料、技术报告和演示,说明方法、结果、限制与后续工作。

25%

课程项目

学生选择一个计算或安全主题,用离散结构建模并完成证明或实验说明,例如协议状态机、访问控制关系、控制流图或密码参数分析。

课程政策

  • 允许使用 AI 工具,但所有生成代码、实验记录和设计建议必须经过学生本人审查,并在报告中说明使用方式。
  • 严禁提交不能解释的代码、证明、配置或实验结果;答辩时每名成员都需要解释自己负责部分的设计、测试和取舍。
  • 迟交会影响迭代评分,但课程更看重可复现、可审计和可维护的结果,而不是临时堆砌。

参考课程

中国 985 高校