第一章 集合论
集合是数学的基本概念,很多数学家都认为,所有的数学都可以用集合论的术语来表示。集合论的起源可以追溯到16世纪末,但它的创立是在19世纪末由德国数学家康托尔(G.Cantor)完成的。最初,为了建立微积分学的严格的理论基础,人们对数集进行了研究,直到l876~1883年,康托尔对任意元素的集合进行了系统的研究,提出了基数、序数和良序集等理论,从而奠定了集合论的基础。这样的集合论基于直观的集合概念,称为朴素集合论。l900年前后,由于各种悖论的发现,特别是1901年罗素(B.Russell)悖论的发现,使集合论的发展一度受阻。l908年,策墨罗(E.Zermelo)提出了第一个集合论的公理系统,使数学哲学中产生的一些矛盾基本上得到统一。在此基础上,集合论与逻辑学相互融合并迅速发展,逐步形成了各种公理集合论。现在,集合论不仅作为一门纯数学成为数理逻辑的一个主要分支,而且作为精确、严谨而又简便的语言,已经渗透到现代数学的各个领域,成为整个数学的基础。
计算机科学对集合论感兴趣,是因为它在计算机科学中被广泛地应用,是建立数学模型以及进行深入探讨的有力工具。比如,在形式语言、编译理论、信息检索、数据结构、程序设计、算法分析、数据库、有限自动机、人工智能等等许多领域中,集合论都是不可缺少的理论工具,起着重要的作用。
本书仅限于讨论朴素集合论。本章介绍集合的基础知识,主要包括集合的概念、集合运算及其基本性质、n元组和笛卡儿乘积等等,这些基本概念是离散数学的基础,将贯穿整个课程。集合论的其他重要内容,如关系、函数、基数等等,将在第五章和第六章中讲述。
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