Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Bevezetés a számításelméletbe 1

    A tantárgy angol neve: Introduction to the Theory of Computing 1

    Adatlap utolsó módosítása: 2018. december 19.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Mérnök informatikus szak, BSc képzés
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VISZAA03   2/2/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szeszlér Dávid, Számítástudományi és Információelméleti Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala http://cs.bme.hu/bsz1
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Fleiner Tamás

    egyetemi docens

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    Dr. Pach Péter Pál

    egyetemi docens

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    Dr. Recski András

    egyetemi tanár

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    Dr. Simonyi Gábor

    egyetemi tanár

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    Dr. Szeszlér Dávid

    egyetemi docens

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    Dr. Wiener Gábor

    egyetemi docens

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Előismeretet nem tételezünk fel.
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM (TárgyEredmény("BMEVISZA103", "jegy", _) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVISZA103", "felvétel", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVISZAA00", "jegy", _) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVISZAA00", "felvétel", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVISZAA00" , "aláírás" , _ ) = -1)

    ÉS (Training.Code=("5N-A8") VAGY Training.Code=("5NAA8"))

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy célkitűzése a műszaki informatika tanulmányokhoz szükséges és a mérnöki alapműveltséghez tartozó egyes alapvető matematikai ismeretek elsajátítása, azok szemléletmódjának kialakítása. Ezen belül a tantárgy a lineáris algebra és az elemi számelmélet egyes területeire nyújt bevezetést.

    A tantárgyat sikeresen teljesítő hallgató képes lesz:

    • (K3)  érteni és alkalmazni a tárgyban előkerülő fogalmakat és ismereteket;
    • (K3)  önállóan megoldani az anyaghoz kapcsolódó gyakorlati feladatokat;
    • (K2)  alkalmazni a tárgyban szereplő algoritmusokat;
    • (K3)  a későbbi tanulmányok során felismerni azokat a helyzeteket, ahol a tárgyban tanult ismeretek szerephez jutnak és sikerrel alkalmazni a tanultakat.

     

    8. A tantárgy részletes tematikája

    1)      Térbeli koordinátageometria: vektorok a térben, koordinátarendszer, skaláris szorzat. A sík egyenlete. Az egyenes (paraméteres és kanonikus egyenletrendszere). Rn fogalma, műveletek oszlopvektorokkal.

    2)      Rn alterének fogalma, műveleti zártság. Lineáris kombináció, generátorrendszer és generált altér fogalma, az utóbbi altér volta. Lineáris függetlenség fogalma, a kétféle definíció ekvivalenciája.

    3)      Reláció az alterek lineárisan független rendszereinek, illetve generátorrendszereinek elemszáma között. Bázis és dimenzió fogalma, a dimenzió egyértelműsége. Bázisban való felírás egyértelműsége.

    4)      Lineáris egyenletrendszerek megoldása Gauss-eliminációval. Elemi sorekvivalens lépés, lépcsős alak és redukált lépcsős alak fogalma. Reláció az egyenletek és az ismeretlenek száma között egyértelmű megoldhatóság esetén.

    5)      Determináns definíciója. Permutációk inverziószáma. A determináns alaptulajdonságai. Determináns kiszámítása Gauss-eliminációval. (n x n)-es lineáris egyenletrendszer egyértelmű megoldhatóságának jellemzése a determinánssal.

    6)      A kifejtési tétel. Térvektorok vektoriális- és vegyesszorzatának fogalma, a vegyesszorzat kapcsolata a determinánssal. Műveletek mátrixok között, egységmátrix, transzponált mátrix. A determinánsok szorzástétele.

    7)      Lineáris egyenletrendszerek Ax=b alakban. Kapcsolat a négyzetes mátrix oszlopainak/sorainak lineáris függetlensége, illetve a determináns között. Az inverz mátrix fogalma, az inverz létezésének szükséges és elégséges feltétele. Az inverz kiszámítása. Mátrix rangjának fogalma.

    8)      A háromféle rangfogalom egyenlősége, a rang kiszámítása. Lineáris leképezés fogalma, leképezés linearitásának szükséges és elégséges feltétele. Lineáris leképezések kompozíciója, addíciós tételek a sin és cos függvényekre.

    9)      Lineáris leképezések kompozíciója, addíciós tételek a sin és cos függvényekre. Lineáris leképezés magtere, képtere, dimenziótétel. 

    10)      Bázistranszformáció, lineáris transzformáció mátrixa adott B bázis szerint, annak kiszámítása. Sajátérték és sajátvektor fogalma, a sajátértékek kiszámítása, a karakterisztikus polinom fogalma.

    11)      A számelmélet alapjai: oszthatóság, prímszám, a számelmélet alaptétele, a prímek számossága, hézag a szomszédos prímek között, a nagy prímszámtétel. Kongruencia fogalma, alapműveletek kongruenciákkal. Lineáris kongruenciák megoldhatósága.

    12)      Euklideszi algoritmus a legnagyobb közös osztó kiszámítására, illetve lineáris kongruenciák megoldására. Kétváltozós, lineáris, diofantikus egyenletek, szimultán kongruenciarendszerek megoldása. Euler-Fermat tétel, kis Fermat-tétel.

    13)      Számelméleti algoritmusok: kapcsolat az input mérete és a bemenő adatok logaritmusa között, alapműveletek, hatványozás modulo m, prímtesztelés. Nyilvános kulcsú titkosírás, RSA.

    14)      Ismétlés, összefoglalás, a tanult anyagrészek rendszerezett áttekintése. A szóbeli vizsgára vonatkozó aktuális vizsgatételsor és az egyes vizsgatételekkel kapcsolatos részletes elvárások ismertetése.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    A tárgyból heti 2 óra előadás és heti 2 órás kiscsoportos gyakorlat van.

    Az előadásokon az új elmélet kerül bemutatásra, ennek gyakorlása és feladatokban való alkalmazása zajlik a gyakorlatokon. A gyakorlatok mindig szorosan kapcsolódnak a megfelelő előadás anyagához, ezért azokon az  előadáson tanult anyag ismerete elvárás a hallgatóktól. Az előadásokon tárgyalt fogalmak és ismeretek begyakorlása, elmélyítése a gyakorlatokon zajlik, az itt zajló munka (beleértve a házi feladatok megoldását is) a tanulási folyamat alapvető fontosságú része. Az előadások a legtöbb esetben szorosan épülnek a korábbi hetek anyagára, ezek ismerete nélkül az új anyag általában nem követhető.

    10. Követelmények

    Az előadások és a gyakorlatok látogatása kötelező. Az előadásokon a jelenlétet azok kezdetén és végén is a félév folyamán minden alkalommal ellenőrizzük, aláírást nem kaphat az a hallgató, aki ezek alapján az alkalmak több, mint 30%-áról hiányzott (a viszonyítási alap a ténylegesen megtartott előadások száma). A gyakorlatokon a jelenlétet minden alkalommal ellenőrizzük, 30%-ot meghaladó hiányzás esetén a tantárgyból sem aláírás sem kreditpont nem szerezhető.

    A szorgalmi időszakban: A félév folyamán két zárthelyit íratunk. A félévvégi aláírás megszerzésének (vagyis a vizsgára bocsátásnak) feltétele a zárthelyiken külön-külön legalább 30% -os teljesítmény és a két zárthelyi átlagában legalább 40%-os teljesítmény.

    Az érvényes TVSz-nek megfelelően a tárgyból korábban megszerzett aláírás 3 évig érvényes. (Részletesebben ez azt jelenti, hogy az aláírás megszerzését követő hatodik félév vizsgaidőszakjának végéig az aláírás még érvényes.) Azok a hallgatók, akik egy korábbi félévből érvényes aláírással rendelkeznek, megkísérelhetik újból megírni a zárthelyiket, hogy a korábbi zárthelyik eredményein javítsanak. Erre az esetre az alábbi feltételek vonatkoznak:

    • Ha sikerül újra teljesíteni az aláíráshoz szükséges feltételeket, akkor a vizsgajegybe (lásd lentebb) az így kapott eredmény számít bele (akkor is, ha ez rosszabb).
    • Ha nem sikerül újra teljesíteni az aláíráshoz szükséges feltételeket, akkor az aláírás nem vész el, de a vizsgajegybe csak az aláírás megszerzéséhez szükséges minimális pontszámot számítjuk be.

    Ha egy érvényes aláírással rendelkező hallgató az aktuális félévben legalább egy zárthelyin megjelenik, azt úgy tekintjük, hogy az illető kísérletet tett az aláírás feltételeinek újbóli teljesítésére (és rá a fenti feltételek vonatkoznak). Ellenkező esetben a legutolsó olyan félévbeli teljesítményt vesszük figyelembe, amikor a hallgató megkísérelte az aláírás feltételeinek teljesítését.

    A vizsgaidőszakban:Vizsgára az jelentkezhet, aki érvényes aláírással rendelkezik.

    A vizsga ebből a tárgyból szóbeli. A vizsga megkezdésekor a vizsgázó a tárgyhoz tartozó tételsorból egyetlen tételt kap, amelynek a kidolgozására (vagyis a szóbeli felelethez egy bő jegyzet készítésére) legalább 45 perc áll rendelkezésre. A felelet abból áll, hogy egyrészt a vizsgázó a jegyzeteire támaszkodva részletesen beszámol a húzott tételről, másrészt a vizsgáztató néhány szúrópróbaszerű, az anyag többi részével kapcsolatos kérdésére válaszol. (A vizsga sikerességéhez tehát nem elég a kihúzott tétel ismertetése, az imént említett további kérdésekre is kell tudni válaszolni.) Az elégséges megszerzésének feltétele, hogy a vizsgázó a tételsorban vastagon szedett definíciókat, tételeket, algoritmusokat el tudja mondani és értse is azokat. Természetesen a tételsor nem vastagon szedett részeit is tudni (és érteni) kell, ezek esetében azonban egy-két hiányosság még nem okoz bukást.

    A vizsgajegyet a két zárthelyi eredményéből és a vizsgán nyújtott szóbeli teljesítményből alakítjuk ki olyan módon, hogy abba a zárthelyik átlaga 40 százalék erejéig, a szóbeli vizsga 60 százalék erejéig számít bele. Ha a szóbeli vizsga elégtelen, akkor a vizsgajegy is elégtelen (függetlenül a zárthelyik eredményétől). Ismétlő vizsga esetén a zárthelyikből származó eredmények változatlanul érvényesek.

    A tárgyhoz tartozó vizsgatételsor félévről félévre változik, az aktuális félévre érvényes vizsgatételsor a tárgy tanszéki weboldaláról tölthető le a szorgalmi időszak utolsó hetétől.

    Elővizsga: nem lehetséges

    11. Pótlási lehetőségek

    A két zárthelyin kívül a szorgalmi időszakban pótzárthelyi írható, melyen bármelyik (de nem mindkettő) zárthelyi eredménye javítható vagy a hiányzás pótolható.

    A pótzárthelyin korábban megírt, eredményes zárthelyi javítása is megkísérelhető, de csak azzal a feltétellel, hogy ilyenkor mindenképpen az új pontszám lesz érvényes, akkor is, ha az rosszabb, mint az eredeti. (Ez alól egy kivétel van: ha a hallgató az aláírás feltételeit már teljesítette, de a javítónak szánt zárthelyi új pontszámával a feltételek valamelyikét nem teljesíti, akkor a hallgató az aláírást megkapja, de a zárthelyikből származó pontszáma az elégségeshez szükséges minimális pontszám lesz.)

    Amennyiben a zárthelyik és a pótzárthelyi segítségével sem sikerül a feltételeket teljesíteni, a vizsgaidőszak előtti "pótlási héten" lehetőség nyílik az egyik (szabadon választott) zárthelyinek az újbóli pótlására, illetve javítására a feltételek teljesítése érdekében. Ennek a második pótzárthelyi alkalomnak a neve "díjköteles pótlás".

    12. Konzultációs lehetőségek A vizsgák előtt konzultációs lehetőséget biztosítunk.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Bevezetés a számításelméletbe 1. – digitális jegyzet, a tárgy tanszéki weboldaláról letölthető

    Katona Y. Gyula - Recski András - Szabó Csaba: A számítástudomány alapjai, TypoTeX Kiadó, 2003.

    Friedl Katalin - Recski András - Simonyi Gábor: Gráfelméleti feladatok, TypoTeX Kiadó, 2006.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    Kontakt óra

    56

    Félévközi készülés előadásokra

    6

    Félévközi készülés gyakorlatokra

    15

    Felkészülés zárthelyire

    30

    Vizsgafelkészülés

    43

    Összesen

    150

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Szeszlér Dávid

    egyetemi docens

    Számítástudományi és Információelméleti Tanszék

    IMSc tematika és módszer A plusz pontokat a hatékonyabb tanulásért és az anyag magasabb szintű, mélyebb elsajátításáért kapják a hallgatók. A gyakorlatokon más feladatokat dolgozunk fel, mint a többi kurzuson. Kevesebb bevezető, rutin, gyakorló feladat szerepel és több nehezebb, gondolkodtatóbb feladat lesz.
    IMSc pontozás
    Mindkét zárthelyin és a szóbeli vizsgán is 60 pontot lehet elérni. Az IMSc pontokat az alábbi képlettel számítjuk ki, ahol zh1 és zh2 az első, illetve második zárthelyin, v pedig a szóbeli vizsgán szerzett pontszám.

    IMSc_pont = min(25, max(0,zh1-50) + max(0,zh2-50) + max(0,v-50)).

    Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított. Az aláírás és a vizsgajegy megszerzése mindenki számára egységes követelmények szerint, a 10. pontban leírtaknak megfelelően történik,
    ezt az IMSc pontok nem befolyásolják. A vizsgán kapott végső jegyet meghatározó pontszámot az alábbi képlettel számítjuk ki.

    végső_pont = 0,4*(min(50,zh1) + min(50,zh2)) + 1,2*min(50,v).

    A végső jegy a végső pontszám alapján: 0-39: elégtelen, 40-54: elégséges, 55-69: közepes, 70-84: jó, 85-100: jeles.