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Qu'est-ce que les mathématiques et les bases de l'informatique?
Toutes les mathématiques et les bases de l’informatiqueest particulièrement conçu : –pour un accès rapide à une source d’information lors de la résolution de problèmes, –comme aide-mémoire lors de la préparation d’examens, –comme livre de référence pour les personnels de recherche. Chaque chapitre constitue une unité en soi qui réunit :
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Quels sont les exercices corrigés de mathématiques ?
Les écritures littérales et les identités remarquables : Il y a 15 fiches d'exercices corrigés de mathématiques ainsi que le cours en vidéo sur les écritures littérales et les identités remarquables, 3 jeux interactifs sur le calcul mental, 2 évaluations et des sujets gratuits de brevet en classe de troisième ( 3ème ).
Math´ematiques pour l'informatique
Christophe GUYEUX
guyeux@iut-bm.univ-fcomte.fr21 avril 2008
Table des mati`eres
I Th´eorie des ensembles13
1 Introduction`a la th´eorie des ensembles14
I. Rappels de th´eorie des ensembles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Notion premi`ere d'ensemble. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2 R`egles de fonctionnement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Sous-ensembles, ensemble des parties. . . . . . . . . . . . . 16
4 Repr´esentation graphique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
II. Op´erations sur les ensembles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181´Egalite de deux ensembles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 R´eunion, intersection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3 Compl´ementation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4 Produit cart´esien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
III. Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Relations binaires entre ensembles23
I. D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2 Remarques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
II. Application d'un ensemble dans un autre. . . . . . . . . . . . . . . . 241 D´efinition d'une application, d'une relation fonctionnelle. . . 24
2 Image et ant´ec´edent d'un ´el´ement. . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Applications injectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4 Applications surjectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5 Applications bijectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
III. Cardinal et puissance d'un ensemble. . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Cas des ensembles finis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 Cas des ensembles infinis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3 Nombre d'infinis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
IV. Relations d'ordre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2 Ordre partiel, ordre total. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
13 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4´El´ements maximaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5 Treillis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
V. Relations d'´equivalence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2 Classes d'´equivalence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Ensemble-quotient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
VI. Compatibilit´e entre une op´eration et une relation binaire. . . . . . . 463 Relationsn-aires48
I. D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 Relations orient´ees et non orient´ees. . . . . . . . . . . . . . 48
2 Relations ´equivalentes, relations ´egales. . . . . . . . . . . . 50
3 Interpr´etation fonctionnelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4 SGBD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
II. Projections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2 Th´eor`eme des projections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
III. Op´erations sur les relationsn-aires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521 Somme et produit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2 R´eunion et intersection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3 Produit cart´esien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
IV. S´election d'une relationn-aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 V. D´ependances fonctionnelles et cl´es. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 D´ependances fonctionnelles. . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2 Th´eor`eme des d´ependances fonctionnelles. . . . . . . . . . . 55
3 Cl´es. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
II Arithm´etique57
4 Ensembles de nombres entiers58
I. Nombres entiers naturels (N). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2 Op´erations et relation d'ordre dansN. . . . . . . . . . . . . 60
3 Nombres premiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4 Relation de divisibilit´e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5 Entiers relatifs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
II. Division euclidienne dansZet applications. . . . . . . . . . . . . . 641 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2 Repr´esentation des nombres entiers. . . . . . . . . . . . . . 65
3 Arithm´etique modulon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
24 Division??enti`ere??informatique et division euclidienne. . . 70
5 Arithm´etique modulo2ndans les ordinateurs. . . . . . . . . 71
III. Algorithmes d'Euclide et applications. . . . . . . . . . . . . . . . . 751 PGCD de deux entiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2 Algorithme d'Euclide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3 Th´eor`eme de B´ezout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4 Algorithme d'Euclide g´en´eralis´e. . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 Repr´esentation des nombres r´eels en machine81
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 II. Les formats IEEE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821 La norme IEEE 754. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2 Format??single??. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3 Format??double??. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4 Format??extended??. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5 D'une mani`ere g´en´erale.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6 Format??extended??des microprocesseurs.. . . . . . . . . . 86
III. R´eels repr´esentables et pr´ecision. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866 Cryptologie et arithm´etique90
I. M´ethodes de cryptage??`a cl´e publique??. . . . . . . . . . . . . . . . 901 Principe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2 Utilisation de l'indicatrice d'Euler. . . . . . . . . . . . . . . 91
II. Choix d'un nombre n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 931 Nombres premiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2 D´ecomposition en facteurs premiers. . . . . . . . . . . . . . 94
7 Tests de primalit´e95
I. Th´eor`eme de Fermat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 II. Test de Miller-Rabin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 III. Tests de Lucas, Selfridge et Pocklington. . . . . . . . . . . . . . . . 968 D´ecomposition en facteurs premiers98
I. Divisions successives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 II. Algorithme de Monte-Carlo (1975). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 991 Pr´esentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2 L'algorithme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3 Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
III. Algorithme du crible quadratique QS de Pomerance. . . . . . . . . . 100 IV. Algorithme(p-1)de Pollard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 V. Algorithme de Lenstra (courbes elliptiques). . . . . . . . . . . . . . 1031 Introduction aux courbes elliptiques. . . . . . . . . . . . . . 103
2 Algorithme de Lenstra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3III Logique105
9 Alg`ebre de Boole106
I. Propri´et´es g´en´erales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1061 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
2 R`egles de calcul dans une alg`ebre de Boole. . . . . . . . . . 108
II. Fonctions bool´eennes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1101 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2 Fonctions bool´eennes ´el´ementaires. . . . . . . . . . . . . . . 111
3 Correspondance entre maxtermes et mintermes. . . . . . . . 113
4 Principaux r´esultats concernant mintermes et maxtermes. . . 114
5 Formes canoniques d'une fonction bool´eenne. . . . . . . . . 115
III. Repr´esentation et simplification des fonctions. . . . . . . . . . . . . 1181 Diagrammes de Karnaugh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2 M´ethode des consensus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
IV. Compl´ement : R´esolution d'´equations bool´eennes. . . . . . . . . . . 1291 Pr´esentation de la m´ethode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
2 Exercice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
V. Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13010 Calcul Propositionnel133
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1331 Objets de la logique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
2 Production automatique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3 Des probl`emes de l'´evidence. . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
II. Les fondements de la logique des Propositions. . . . . . . . . . . . . 1341 Les Propositions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
2 Les connecteurs logiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3 Variables et Formes Propositionnelles. . . . . . . . . . . . . 143
III. Premier point de vue : la Logique des valeurs de v´erit´e. . . . . . . . 1481 Fonctions de v´erit´e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
2 Tautologies, antilogies, cons´equences logiques. . . . . . . . 150
3 Simplification du calcul des fonctions de v´erit´e. . . . . . . . 155
4 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
IV. Deuxi`eme point de vue : th´eorie de la d´emonstration. . . . . . . . . 1621 Pr´esentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
2 Les axiomes logiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
3 Les r`egles d'inf´erence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
4 D´emonstrations et d´eductions sous hypoth`eses. . . . . . . . 165
5 Th´eor`eme de la d´eduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6 Quelques th´eor`emes classiques et quelques r`egles d'inf´erence
annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 47 Technique de l'hypoth`ese suppl´ementaire. . . . . . . . . . . 173
8 M´ethodes de d´emonstration. . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
9 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
10 Tableaux de Beth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
V. Compl´etude du calcul propositionnel. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1801 Th´eor`eme de compl´etude. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
2 Th´eor`eme de compl´etude g´en´eralis´e. . . . . . . . . . . . . . 184
11 Calcul des pr´edicats185
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1851 Insuffisances de la formalisation en Calcul Propositionnel. . 185
2 Univers du discours, sujets et individus. . . . . . . . . . . . 187
3 Groupes op´eratoires et termes. . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4 Groupes relationnels et atomes. . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5 Les quantificateurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6 Formules du calcul des pr´edicats. . . . . . . . . . . . . . . . 194
7 Champ d'un quantificateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
II. Th´eorie de la validit´e en calcul des pr´edicats. . . . . . . . . . . . . . 1951 Extension des valeurs de v´erit´e au calcul des pr´edicats. . . . 195
2´Equivalences classiques entre formules. . . . . . . . . . . . 199
3 Substitutions libres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
4´Elimination et introduction des quantificateurs. . . . . . . . 201
III. Th´eorie de la d´emonstration en calcul des pr´edicats. . . . . . . . . . 2021 Axiomes et r`egles d'inf´erence. . . . . . . . . . . . . . . . . 202
2 Validit´e des r´esultats ´etablis en calcul propositionnel. . . . . 202
3 Le ( m´eta- ) th´eor`eme de la d´eduction. . . . . . . . . . . . . 202
IV. Le syst`eme formel??PR??. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2031 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
2 Calcul des pr´edicats ´egalitaire. . . . . . . . . . . . . . . . . 203
3 Interpr´etations de??PR??. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
4 (M´eta-)Th´eor`eme de compl´etude. . . . . . . . . . . . . . . . 204
5 Satisfiabilit´e et insatisfiabilit´e. . . . . . . . . . . . . . . . . 204
V. Traitement des formules de??PR??. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2051 Forme pr´enexe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
2 Forme de Skolem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
3 Forme clausale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
VI. Syst`eme de Herbrand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2091 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
2 Univers, atomes, syst`eme de Herbrand. . . . . . . . . . . . . 209
3 Th´eor`eme de Herbrand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4 Algorithme de Herbrand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
512 Algorithme de r´esolution211
I. R´esolution sans variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2111 Cadre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
2 Le syst`eme formel RSV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
3 Principes g´en´eraux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4 Le syst`eme formel RSV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
5 Quelques indications sur les algorithmes de r´esolution. . . . 212
6 Exemples complets de r´esolution. . . . . . . . . . . . . . . . 215
7 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
II. R´esolution avec variable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2201 Unification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
2 R´esolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
3 Strat´egie de r´esolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
4 Exemples complets de r´esolution. . . . . . . . . . . . . . . . 225
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
III. Clauses de Horn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2281 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
2 D´eduction ordonn´ee. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
3 Le r´esultat ´evoqu´e dans le paragraphe pr´ec´edent. . . . . . . 229
13 Exercices sur la logique230
IV Langages, grammaires et automates232
14 Compilation, langages et grammaires233
I. Introduction `a la compilation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2331 Le probl`eme pos´e est.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
2 Les diverses phases d'une compilation. . . . . . . . . . . . . 233
II. Les grammaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2341 D´efinition de la notion de grammaire. . . . . . . . . . . . . 234
2 Le formalisme BNF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
3 Les symboles terminaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
4 Les symboles non terminaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
III. Un exemple complet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2381 Principes g´en´eraux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
2 La grammaire du langage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
3 Analyseur syntaxique pur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
4 Analyseur syntaxique avec messages d'erreur. . . . . . . . . 240
5 Analyseur syntaxique avec interpr´etation s´emantique. . . . . 240
615 Introduction aux expressions rationnelles242
I. Pr´esentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 II. R`egles de d´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 III. Propri´et´es des op´erateurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 IV. De nouvelles abr´eviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 V. Universalit´e des expressions rationnelles. . . . . . . . . . . . . . . . 24516 Automates Finis247
I. Automates finis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2471 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
2 M´ecanismes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
II. Automates finis `a comportement d´etermin´e. . . . . . . . . . . . . . 2491 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
2 Automates finis avec sorties (machines de Moore et de Mealy)251
3 Automates de Moore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
III. Langage associ´e `a un automates de Moore. . . . . . . . . . . . . . . 2531 D´efinition du langage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
2 Exemple et exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
IV. Automates finis `a comportement non d´etermin´e. . . . . . . . . . . . 2551 D´efinitions et exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
2 Utilit´e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
V. D´etermination d'un AFND. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2581 M´ethode de construction par sous-ensemble. . . . . . . . . . 258
2 En pratique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
VI. Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2601 Propri´et´es d'un automate `an´etats. . . . . . . . . . . . . . . 261
2 Les palindromes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
17 Optimisation d'automates finis263
I. Congruences d'automates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2631 Quelques rappels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
2 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
3 Ensemble quotient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
II.´Equivalence de N´erode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2681 L'´equivalence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
2 L'algorithme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
III. M´ethode du dual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2711 Dual d'un automate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
2 M´ethode du dual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
IV. Synth`ese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2741 Outils. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
2 M´ethodes d'optimisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
718 Construction d'automates finis`a partir d'expressions rationnelles276
I. Automates `a transitions instantan´ees. . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 II. Donn´ees et r´esultat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 III. Algorithme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 IV. Exemple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 V. Finalisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27919 Automates`a pile281
I. Automates `a pile, d´eteministes ou pas.. . . . . . . . . . . . . . . . . 2811 Automate `a pile non d´eterministe. . . . . . . . . . . . . . . 281
2 Automate `a pile d´eterministe. . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
II. Calcul dans un automate `a pile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2841 Encore quelques d´efinitions.... . . . . . . . . . . . . . . . . 284
2 Premiers exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
3 Exemple plus complet : le langage{0n1n|n?N?}. . . . . . 286
III. Construction d'un automate `a pile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2871 Introduction `a la m´ethode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
2 Utilisation d'un symbolisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
3 Algorithme de construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
4 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
20 Description d'un langage par une grammaire291
I. Langages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 II. Grammaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2921 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
2 Types de grammaires de Chomsky. . . . . . . . . . . . . . . 292
III. Un exemple de grammaire contextuelle. . . . . . . . . . . . . . . . 29321 Exercices sur les grammaires, langages et automates295
V Th´eorie des graphes297
22 Graphes non orient´es298
I. D´efinitions et premiers exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2981 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
2 Exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
3 Degr´e, chaˆıne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
4 circuit-cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
II. Quelques types particuliers de graphes. . . . . . . . . . . . . . . . . 3031 Graphes planaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
2 Multigraphes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
83 Graphes connexes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
4 Graphes complets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
5 Graphes biparti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
6 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
III. Repr´esentation des graphes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3071 Matrice d'incidence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
2 Matrice d'adjacence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
3 Listes d'adjacence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
23 Graphes eul´eriens, planaires et hamiltoniens312
I. Circuits eul´eriens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3121 Introduction : les ponts de K¨onigsberg. . . . . . . . . . . . . 312
2 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
3 R´esultat d'Euler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
4 Exercice : les dominos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
II. Graphes planaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3141 Graphes partiels et sous-graphes. . . . . . . . . . . . . . . . 314
2 Graphe planaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
3 Exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
4 Probl`emes de d´enombrement. . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
5 Caract´erisation des graphes planaires. . . . . . . . . . . . . 321
III. Circuit hamiltonien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3221 Les dod´eca`edres de Hamilton. . . . . . . . . . . . . . . . . 322
2 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
3 R´esultat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
4 Le probl`eme du voyageur de commerce. . . . . . . . . . . . 324
24 Arbres et arborescence325
I. Pr´esentation g´en´erale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3251 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
2 Caract´erisation des arbres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
3 Nombre minimal de feuilles. . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
4 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
II. Codage de Pr¨ufer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3271 Pr´esentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
2 Codage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
3 D´ecodage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
4 Th´eor`eme de Cayley. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
III. Arbres couvrants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3371 D´efinition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
2 Arbre maximal de poids minimum. . . . . . . . . . . . . . . 338
IV. Arborescence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 91 D´efinitions et exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
2 Arborescences ordonn´ees. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
3 Codage de Huffman. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
V. Parcours en largeur d'un graphe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3481 Pr´esentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
2 Id´ee de l'algorithme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
25 Probl`emes de coloration349
I. Coloration des sommets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3491 Notion de stabilit´e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
2 La coloration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
3 Encadrement du nombre chromatique. . . . . . . . . . . . . 350
4 Algorithme de coloration de Welsh et Powell. . . . . . . . . 352
5 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
II. Coloration des sommets d'un graphe planaire. . . . . . . . . . . . . 3541 Pr´esentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
2 Formulation en th´eorie des graphes. . . . . . . . . . . . . . 355
3 Exercice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
III. Coloration des arˆetes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3561 Pr´esentation du probl`eme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
2 Lien avec la coloration des sommets. . . . . . . . . . . . . . 357
3 Exercice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
26 Graphes orient´es359
I. D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3591 Digraphe (graphe orient´e), sommet, arc. . . . . . . . . . . . 359
2 Exemples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
3 Degr´e d'un sommet d'un digraphe. . . . . . . . . . . . . . . 360
4 Chemins et circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
5 Circuits eul´eriens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
II. Digraphe fortement connexe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3631 D´efinitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
2 Exercices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
III. Matrice et listes d'adjacences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3651 Matrice d'incidence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
2 Matrice d'adjacences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
3 Lien entre matrices d'adjacences et d'incidences. . . . . . . 367
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