Модуль 1. Математические основы баз данных и знаний.

Презентация:



Advertisements
Похожие презентации
1 1. Множества Понятие множества. Логические символы Под множеством понимают совокупность определенных и отличных друг от друга объектов, объединенных.
Advertisements

Введение в теорию множеств 1. Основные определения, терминология Под множеством А мы понимаем совокупность объектов произвольной природы, объединенных.
Введение в теорию множеств 1. Основные определения, терминология Под множеством А мы понимаем совокупность объектов произвольной природы, объединенных.
Теория множеств. Определение Множество одно из ключевых понятий математики, в частности, теории множеств и логики. Понятие множества является одним из.
Логика предикатовЛогика предикатовЛогика предикатов расчленяет элементарное высказывание на субъект (буквально - подлежащее, хотя оно и может играть роль.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ Составила: М.П. Филиппова доцент кафедры высшей математики ИМИ СВФУ.
Лекция 1 Основные понятия ст.преп Касекеева А.Б..
Введение в теорию множеств. Введение в теорию множеств 1. Основные определения, терминология Под множеством А мы понимаем совокупность объектов произвольной.
Элементы теории множеств. Понятие множества Множество - это совокупность определенных различаемых объектов, причем таких, что для каждого можно установить,
Глава II. ТЕОРИЯ МНОЖЕСТВ 1. Основные понятия теории множеств Множество – некоторая совокупность объектов, называемых элементами этого множества. Понятие.
Элементы теории множеств Лекция 3. Определение множества Величиной называется все что может быть измерено и выражено числом. Множеством называется совокупность.
ОТНОШЕНИЯ И ОПЕРАЦИИ НАД МНОЖЕСТВАМИ ДИАГРАММЫ ЭЙЛЕРА – ВЕННА МНОЖЕСТВА.
Понятия теории множеств П онятие множества является одним из наиболее общих и наиболее важных математических понятий. Оно было введено в математику немецким.
логическая операция, ставящая в соответствие каждым двум простым высказываниям составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда.
Множество – это совокупность однотипных элементов или объектов, объединённых по некоторому признаку, интересному для данного рассмотрения или анализа.
ПРЕДИКАТ. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ НАД ПРЕДИКАТАМИ.
Множества, операции над ними. «Множество есть многое, мыслимое нами как единое». Основоположник теории множеств немецкий математик Георг Кантор ( )
1 Конечные и бесконечные множества Конечное множество- множество, состоящее из конечного числа элементов. Бесконечное множество – непустое множество, не.
Функции и отображения Отображения. N-местные функции. Понятие образов и прообразов элементов. Свойства функций: инъекция, сюръекция и биекция. Обратные.
Алгебра логики. Логика Логика – это наука о формах и законах человеческой мысли, о законах доказательных рассуждений, изучающая методы доказательств и.
Транксрипт:

Модуль 1. Математические основы баз данных и знаний

Лекция 1 Математические основы множеств 1. Терминология и обозначения 2. Определение множеств 3. Операции над множествами 4. Кортеж. Декартово произведение

Терминология и обозначения Множество - совокупность элементов, обладающих некоторым общим свойством. Г. Кантор: Под многообразием или множеством я понимаю вообще все многое, которое возможно мыслить как единое, т.е. такую совокупность определенных элементов, которая посредством одного закона может быть соединена в одно целое".

Терминология и обозначения Объекты, составляющие множество, называются элементами множества Пустое множество- множество, не содержащее ни одного элемента Множество считается определенным, если указаны все его элементы. Эти элементы могут быть указаны с помощью некоторого общего признака или с помощью некоторого списка, где обозначены все элементы.

Терминология и обозначения Конечное множество- множество, состоящее из конечного числа элементов Бесконечное множество- непустое множество, не являющееся конечным Упорядоченное множество - Множество, каждому элементу которого поставлено в соответствие некоторое число (номер этого элемента) от 1 до n, где n - число элементов множества, так что различным элементам соответствуют различные числа.

Терминология и обозначения элемент Х принадлежит множеству А множество В является подмножеством множества А Подмножество В множества А называется собственным подмножеством, если:

Терминология и обозначения Z множество целых чисел; Q множество рациональных чисел; I множество иррациональных чисел; R множество действительных чисел; C множество комплексных чисел.

Терминология и обозначения Индивидная константа (или просто константа) с областью значений А обозначает фиксированный элемент множества А. Например, обозначения (записи в определенной системе счисления) действительных чисел: 0; 2; 7,34. Для двух констант а и b с областью значений А будем писать а = b, понимая под этим совпадение обозначаемых ими элементов множества А.

Терминология и обозначения Индивидное переменное (или просто переменное) с областью значений А обозначает произвольный, заранее не определенный элемент множества А. Можно фиксировать значение переменного х, записав x = а, где а константа с той же областью значений, что и x. Равенство переменных х = у понимается так: всякий раз, когда переменное х принимает произвольное значение а, переменное у принимает то же самое значение а, и наоборот. Равные переменные синхронно" принимают всегда одни и те же значения.

Терминология и обозначения операции над высказываниями Дизъюнкция : высказывание P Q истинно тогда и только тогда, когда истинно хотя бы одно из высказываний Р и Q. Конъюнкция : высказывание P Q истинно тогда и только тогда, когда истинны оба высказывания Р и Q. Отрицание ¬: высказывание ¬Р истинно тогда и только тогда, когда Р ложно. Импликация : высказывание Р Q истинно тогда и только тогда, когда истинно высказывание Q или оба высказывания ложны. Эквивалентность (или равносильность) : высказывание P Q истинно тогда и только тогда, когда оба высказывания Р и Q либо одновременно истинны, либо одновременно ложны. Любые два высказывания Р и Q, такие, что истинно Р Q, называют логически эквивалентными или равносильными.

Терминология и обозначения порядок операций Операция отрицания (ее в скобки не заключают). операция конъюнкции, Дизъюнкция импликация и эквивалентность. ¬P Q ¬Q P ¬Q (((¬P) Q) ((¬Q) P)) (¬Q)

Терминология и обозначения Таблицы истинности для логических операций PQP V Q ЛЛИИЛЛИИ ЛИЛИЛИЛИ ЛЛЛИЛЛЛИ PQ p q ЛЛИИЛЛИИ ЛИЛИЛИЛИ ЛЛЛИЛЛЛИ Р¬Р ЛИЛИ ИЛИЛ

Терминология и обозначения Таблицы истинности для логических операций Таблица 1.4 Таблица 1.5 PQ P Q ЛЛИ ЛИЛ ИЛЛ ИИИ PQ ЛЛИИЛЛИИ ЛИЛИЛИЛИ ИИЛИИИЛИ

Терминология и обозначения Таблицы истинности (¬P Q) (¬Q P) Обозначим: ¬P Q через А ¬Q P через В Исходное высказывание - А => В. РQАВ А В ЛЛЛЛИ ЛИИЛЛ ИЛЛИИ ИИЛЛИ

Терминология и обозначения Предикат - высказывание, содержащее одно или несколько индивидных переменных. Предикат с несколькими индивидными переменными: «х есть сын у«, х, у и z учатся в одной и той же группе" Предикаты записываются в виде: Р(х), Q(х,y), R(x,у,z) Конкретные значения: 2 есть четное число", Исаак Ньютон есть студент НАУ, поступивший в 2006 г.« Предикат, выполняющийся на любом наборе входящих в него переменных, называют тождественно истинным, а предикат, не выполняющийся ни на одном наборе значений входящих в него переменных, тождественно ложным.

Терминология и обозначения Кванторы: - существования; всеобщности. Высказывание ( x А)Р(х) (для каждого элемента x, принадлежащего множеству А, истинно Р(х)", тогда и только тогда, когда предикат Р(х) выполняется для каждого значения переменного х. В общем случае используют формы высказываний вида (Q1x1 A1)(Q2x2 А2)... (Qnxn An)P(x1,x2,...,xn), где вместо Q с индексом может быть подставлен любой из кванторов или. Например, высказывание ( x А)( у В)Р(х,у) читается так: для всякого х А существует у В, такой, что истинно Р(x,у)".

Определение множеств Элементы конечного множества перечисляют в фигурных скобках в произвольном фиксированном порядке {1,3,5}. Запись {1,3,3,5,5} задает то же самое множество, что и запись {1,3,5}. конечное множество, заданное записью {a1,...,an}, состоит из n элементов. Это - поэлементное множество. 1-й способ 2-й способ указание некоторого свойства, которым должны обладать все элементы описываемого множества, и только они. A = x : P(x) Предикат Р - характеристический предикат множества А А = {х: х есть четное натуральное число} G = {х: х есть студент 1-го курса НАУ, поступивший в 2006 г.},

Определение множеств Предикат, задающий коллективизирующее свойство, может быть тождественно ложным. Множество, определенное таким образом, не будет иметь ни одного элемента. Его называют пустым множеством и обозначают. тождественно истинный характеристический предикат задает универсальное множество. Замечание Конкретное содержание понятия универсального множества определяется тем конкретным контекстом, в котором мы применяем теоретико-множественные идеи. Например, если мы занимаемся только различными числовыми множествами, то в качестве универсального может фигурировать множество R всех действительных чисел.

Операции над множествами Для двух множеств А и В определены новые множества, называемые объединением, пересечением, разностью симметрической разностью A B = x: x A x B, A \ B = x: x A x B, A B = (A\B) (B\A),

Операции над множествами Объединение двух множеств Диаграмма Эйлера- Венна объединение А и В есть множество всех таких x, что х является элементом хотя бы одного из множеств А, В;

Операции над множествами Транслятор Редактор связей Загрузка Выполнение программы Препроцессор Пересечением двух множеств называется новое множество пересечение А и В множество всех таких x, что х одновременно элемент А и элемент B

Операции над множествами Разностью двух множеств называется новое множество разность А \ В множество всех та­ких х, что х элемент A, но не элемент В

Операции над множествами Симметрической Разностью двух множеств называется новое множество A B = (A\B) (B\A), симметрическая разность А В множество всех таких x, что х элемент А, но не элемент В или х элемент В, но не элемент А.

Операции над множествами Если класс объектов, на которых определяются различные множества обозначить Ω (Универсум), то дополнением множества А называют разность

Операции над множествами соотношение с логическими операциями Пусть А = {х: Р(х)}, В = {х: Q(x)}, т.е. множество А задано посредством характеристического предиката Р, а множество В посредством характеристического предиката Q. Легко показать, что A B = x: Р(х) Q(x), A \ B = x: Р(х) ¬Q(x),

Операции над множествами В есть подмножество множества А, если всякий элемент В есть элемент А. Для обозначения используют запись: В А. Говорят также, что В содержится в А, В включено в А, А включает В (имеет место включение В А). Если А = {х: Р(х)}, В = {х: Q(x)}, то В А тогда и только тогда, когда высказывание Q(x) => P(x) тождественно истинно. множество А равно множеству В тогда и только тогда, когда А есть подмножество В и наоборот, т.е. А = В ((А В) (В А)).

Операции над множествами метод двух включений Чтобы доказать равенство двух множеств X и У, т.е. что X = Y, достаточно доказать два включения X Y и Y X, т.е. доказать, что из предположения х Х (для произвольного х) следует, что х У, и, наоборот, из предположения х Y следует, что x X.

Операции над множествами Замечание. Равенство множеств {х: Р(х)} и {х: Q(x)} означает, что предикаты Р(х) и Q(x) эквивалентны, т.е. предикат Р(х) Q(x) является тождественно истинным. # Если В А, но В А, то пишут В А и В называют строгим подмножеством (или собственным подмножеством) множества А, а символ символом строгого включения.

Операции над множествами Для всякого множества А может быть образовано множество всех подмножеств множества А. Его называют булеаном множества А и обозначают 2А: 2А = {Х:Х А}. Для булеана используют также обозначения Р(А), В(А) и ехр(А). Пример, а. Булеан множества {а, b} состоит из четырех множеств, {а}, {b}, {а, b}, т.е. 2{а, b} = {, {а}, {b}, {а, b}}. б. Булеан 2N состоит из всех возможных, конечных или бесконечных, подмножеств множества N. Так, 2N, {5} 2N, вообще для любого n множество {n} 2N, множество 1,...,n} 2N, {n:n = 2k,k = l,2,...} 2N и т.n. #

Операции над множествами свойства операций 1.А В = В А; 2.А В = В А; 3.А (В С) = (А В) С; 4. A (B С) = (A В) С; 5.A (B С) = (A В) (А С); 6.A (B С) = (A В) (А С); ____ _ _ 7.А В = А В; ____ _ _ 8.А В = А В; 9.А = А; 10. А = ; 11.A U = A; 12.А U = U; _ 13. A A = U; _ 14. A A = ; 15. А U = A; 16. А A = A; _ 17. Ā = A; 18. A \ B = A B;

Операции над множествами свойства операций 19.A B = (A B)\(A B); 20. (A B) C = A (B C); 21.A B = B A; 22. A (B C) = (A B) (A C);

Операции над множествами доказательство тождества 19 прямое включение Пусть х AВ. Тогда, согласно определению симметри- ческой разности, x (А \ В) U (В \ А). Это означает, что х (А \ В) или х (В \ А). Если х (А \ В), то х А и х В, т.е. х A U В и при этом х А В. Если же х (В \ А), то х В и х А, откуда х A B и x А B. Итак, в любом случае из х (А \ В) U (В \ А) следует х А В и х А В, т.е. x (A U В) \ (А В). Таким образом, доказано, что A B (A B)\(A B).

Операции над множествами доказательство тождества 19 обратное включение Покажем обратное включение (A B)\(A B) A B. Пусть х (A U B) \ (А В). Тогда х A B и х А В. Из x A U В следует, что ж A или x В. Если x A, то с учетом х А В имеем х B, и поэтому x А \ В. Если же x В, то опять-таки в силу x А В получаем, что х A и x В\ А. Итак, x A\В или x В\А, т.е. x (A\ B) U (B\A). Следовательно, (A B)\(A B) A B.

Кортеж. Декартово произведение понятие неупорядоченной пары Пусть А и В произвольные множества. Неупорядоченная пара на множествах А и В это любое множество {а, b}, где а A, b В или а В, b А. Если А = В, то говорят о неупорядоченной паре на множестве А. Исходя из понятия равенства множеств, можно утверждать, что неупорядоченная пара {а, b} равна неупорядоченной паре {с, d} если и только если а = с и b = d или а = d и b = с.

Кортеж. Декартово произведение понятие неупорядоченной пары В том случае, когда в неупорядоченной паре {а, b} элементы а и b совпадают, получаем, что {а, b} = {а, а}. Но такая запись, как мы условились выше, задает то же самое множество, что и {а}. Таким образом, при а = b неупорядоченная пара {а, b} вырождается" в одноэлементное множество {а}. При а b неупорядоченная пара будет двухэлементным множеством.

Кортеж. Декартово произведение понятие упорядоченной пары Упорядоченная пара на множествах А и В, обозначаемая записью (а, b), определяется не только самими элементами а А и b В, но и порядком, в котором они записаны. Если А = B, то говорят об упорядоченной паре на множестве А. Существенная роль порядка, в котором перечисляются элементы упорядоченной пары, фиксируется определением равенства упорядоченных пар. Определение 1.1. Две упорядоченные пары (а, b) и (а', b) на множествах А и В называют равными, если а = а и b = b.

Кортеж. Декартово произведение понятие упорядоченной пары Замечание 1.2. Упорядоченную пару (а, b) не следует связывать с множеством {а, b}, так как упорядоченная пара характеризуется не только составом, но и порядком элементов в ней. Более того, определение этого объекта вообще не позволяет рассматривать его как множество. Но упорядоченную пару можно определить и как множество, полагая, что упорядоченная пара (а, b) есть неупорядоченная пара {{а}, {а, b}}, включающая в себя одноэлементное множество {а} и неупорядоченную пару {а, b}. При а = b получаем (а, а) = {{а}}.

Кортеж. Декартово произведение В отличие от конечного множества {a1,...,an} кортеж (a1,..., an) на множествах А1,..., Аn характеризуется не только входящими в него элементами а1 А1,..., аn Аn, но и порядком, в котором они перечисляются. Как и для упорядоченных пар, роль порядка в кортеже фиксируется определением равенства кортежей. Определение 1.2. Два кортежа (a1,..., an) и (b1,..., bn) на множествах А1,..., Аn равны, если ai = bi, i = 1, n. Число n называется длиной кортежа (или размерностъю кортежа), а элемент аi i-й проекцией (компонентой) кортежа.

Кортеж. Декартово произведение Определение 1.3. Множество всех кортежей длины n на множествах А1,..., Аn называют декартовым (прямым) произведением множеств А1,..., Аn и обозначают A1 x... x An. Таким образом, A1 х... х An = {(ai,..., an): a1 А1,..., an An} Если все множества Аi, i = 1, n, равны между собой, то указанное декартово произведение называют n-й декартовой степенью множества А и обозначают А n. В частности, при n = 2 получаем декартов квадрат, а при n = 3 декартов куб множества А.

Кортеж. Декартово произведение свойства Декартово произведение имеет следующие свойства: 1.А х (В С) = (А х В) U (A x С); 2.А х (В С) = (А х В) (A x С); 3.А х = х A =

Кортеж. Декартово произведение доказательство 1-го свойства Если (x, y) A х (В U С), то x A и у В U С. Из того, что у В U С, следует у В или у С. Если у В, то (x, у) A х В, а если у С, то (x, у) A х С. Итак, (x, у) А х В или (x, у) А х С, т.е. (x, у) (A х B) U (А х С). Следовательно, А х (B U С) (A x B) (A x C). А х (В С) = (А х В) U (A x С)