Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску

В математике , особенно в теории порядка , предварительный порядок или квазипорядок - это бинарное отношение, которое является рефлексивным и транзитивным . Предзаказы являются более общими, чем отношения эквивалентности и (нестрогие) частичные порядки , оба из которых являются частными случаями предпорядка: антисимметричный предпорядок - это частичный порядок, а симметричный предпорядок - это отношение эквивалентности.

Название preorder происходит от идеи, что предварительные заказы (которые не являются частичными заказами) являются «почти» (частичными) заказами, но не совсем; они не обязательно антисимметричны или асимметричны . Поскольку предварительный заказ является бинарным отношением, символможет использоваться как обозначение отношения. Однако, поскольку они не обязательно антисимметричны, некоторые из обычных интуиций, связанных с символомможет не применяться. С другой стороны, предварительный заказ может использоваться простым способом для определения частичного порядка и отношения эквивалентности. Однако это не всегда полезно или целесообразно, в зависимости от изучаемой проблемной области.

На словах, когда можно сказать, что b покрывает a, или что a предшествует b , или что b сводится к a . Иногда используются обозначения ← или используется вместо

Каждому предпорядку соответствует ориентированный граф , элементы множества которого соответствуют вершинам, а отношение порядка между парами элементов соответствует ориентированным ребрам между вершинами. Обратное неверно: большинство ориентированных графов не являются ни рефлексивными, ни транзитивными. В общем случае соответствующие графы могут содержать циклы . Антисимметричный предзаказ больше не имеет циклов; это частичный порядок, соответствующий ориентированному ациклическому графу . Симметричный предпорядок является отношением эквивалентности; это можно представить как потерю маркеров направления на краях графа. В общем, соответствующий ориентированный граф предварительного заказа может иметь много несвязанных компонентов.

Формальное определение

Рассмотрим однородное отношение на некотором заданном наборе так что по определению какое-то подмножество и обозначение используется вместо Затем называется предпорядком или квазипорядком, если он рефлексивный и транзитивный ; то есть, если он удовлетворяет:

  1. Рефлексивность : и
  2. Транзитивность :

Набор с предварительным заказом называется предварительно заказанным набором (или просетом ). [1] Чтобы подчеркнуть или контрастировать со строгими предварительными заказами , предварительный заказ также может называться нестрогим предварительным заказом .

Если рефлексивность заменить на иррефлексивность (с сохранением транзитивности), то результат называется строгим предпорядком; явно, строгий предварительный заказ на однородное бинарное отношение на который удовлетворяет следующим условиям:

  1. Иррефлексивность или антирефлексивность: это, и
  2. Транзитивность :

Бинарное отношение является строгим предпорядком тогда и только тогда , когда он является строгим частичным порядком . По определению строгий частичный порядок - это асимметричный строгий предпорядок, гденазывается асимметричным, если для всех И наоборот, каждый строгий предпорядок является строгим частичным порядком, потому что каждое транзитивное иррефлексивное отношение обязательно асимметрично . Хотя они эквивалентны, термин «строгий частичный порядок» обычно предпочтительнее, чем «строгий предварительный порядок», и читатели могут отсылаться к статье о строгих частичных порядках для получения подробной информации о таких отношениях. В отличие от строгих предварительных заказов, существует множество (нестрогих) предварительных заказов, которые не являются (нестрогими) частичными заказами .

Связанные определения

Если предварительный заказ также антисимметричен , т. Е. и подразумевает тогда это частичный порядок .

С другой стороны, если он симметричный , то есть если подразумевает тогда это отношение эквивалентности .

Предварительный заказ считается полным, если или для всех

Понятие предварительно упорядоченного набора может быть сформулирована в категориальной структуре как тонкая категория ; то есть как категория с не более чем одним морфизмом от объекта к другому. Здесь объекты соответствуют элементами есть один морфизм для связанных объектов, в противном случае - ноль. С другой стороны, предварительно заказанный набор можно понимать как обогащенную категорию , обогащенную над категорией.

Предварительно заказанный класс - это класс, у которого есть предварительный заказ. Каждый набор является классом, поэтому каждый предварительно упорядоченный набор является предварительно упорядоченным классом.

Примеры

Отношение достижимости в любом ориентированном графе (возможно, содержащем циклы) порождает предпорядок, гдев предпорядке тогда и только тогда, когда в ориентированном графе существует путь от x до y . И наоборот, каждый предпорядок - это отношение достижимости ориентированного графа (например, графа, имеющего ребро от x до y для каждой пары ( x , y ) сОднако у многих разных графов может быть один и тот же предварительный порядок достижимости друг у друга. Точно так же достижимость ориентированных ациклических графов , ориентированных графов без циклов, порождает частично упорядоченные множества (предпорядки, удовлетворяющие дополнительному свойству антисимметрии).

Каждое конечное топологическое пространство порождает предпорядок в своих точках, определяятогда и только тогда , когда х принадлежит весь району от у . Таким образом, каждый конечный предпорядок может быть сформирован как предпорядок специализации топологического пространства. То есть между конечными топологиями и конечными предпорядками существует взаимно однозначное соответствие . Однако связь между бесконечными топологическими пространствами и их предпорядками специализации не взаимно однозначна.

Сетка является направлено предпорядком, то есть, каждая пара элементов имеет верхнюю границу . Определение сходимости через сети важно в топологии , где предварительные заказы не могут быть заменены частично упорядоченными наборами без потери важных характеристик.

Дополнительные примеры:

  • Отношение, определяемое если где f - функция в некотором предпорядке.
  • Отношение, определяемое если существует инъекция из x в y . Инъекция может быть заменена сюръекцией или функцией сохранения структуры любого типа, такой как гомоморфизм колец или перестановка .
  • Отношение вложения для счетных полных порядков .
  • Отношение граф-минор в теории графов .
  • Категории с более чем одним морфизма из любого объекта х до любого другого объекта у является предзаказ. Такие категории называются тонкими . В этом смысле категории «обобщают» предварительные порядки, разрешая более одного отношения между объектами: каждый морфизм является отдельным (именованным) отношением предварительного порядка.

В информатике можно найти примеры следующих предварительных заказов.

  • Редукции много-один и Тьюринга являются предварительными заказами для классов сложности.
  • Отношения подтипов обычно являются предварительными заказами. [2]
  • Предварительные заказы на моделирование - это предварительные заказы (отсюда и название).
  • Редукционные отношения в абстрактных системах перезаписи .
  • Оцепления предзаказ на множестве терминов , определяемыхесли подтермы из т является замена экземпляр из с .

Пример тотального предзаказа :

  • Предпочтение , согласно распространенным моделям.

Использует

Предварительные заказы играют решающую роль в нескольких ситуациях:

  • Каждому предварительному заказу может быть задана топология, топология Александрова ; и действительно, каждый предпорядок на множестве находится во взаимно однозначном соответствии с топологией Александрова на этом множестве.
  • Предварительные порядки могут использоваться для определения внутренних алгебр .
  • Предварительные заказы обеспечивают семантику Крипке для определенных типов модальной логики .
  • Preorders используются в принуждая в теории множеств доказать непротиворечивость и независимость результатов. [3]

Конструкции

Каждое бинарное отношение на съемочной площадке может быть продлен до предзаказа на взяв переходное замыкание и рефлексивное замыкание , Транзитивное замыкание указывает на соединение пути в тогда и только тогда, когда есть - путь от к

Левый остаточный предпорядок, индуцированный бинарным отношением

Учитывая бинарное отношение дополненная композиция образует предпорядок, называемый левой невязкой , [4] гдеобозначает обратную связь о и обозначает отношение дополнения пока обозначает композицию отношения .

Предварительные и частичные заказы на разделы

Учитывая предзаказ на можно определить отношение эквивалентности на такой, что

Полученное соотношение является рефлексивным, поскольку предпорядок рефлексивен, транзитивен при применении транзитивности предпорядка дважды и симметричен по определению.

Используя это отношение, можно построить частичный порядок на фактормножестве эквивалентности, множество всех классов эквивалентности по Если предзаказ это набор - классы эквивалентности цикла : если и только если или находится в -цикл с В любом случае на можно определить Построением это определение не зависит от выбранных представителей, и соответствующее отношение действительно хорошо определено. Легко проверить, что это дает частично упорядоченное множество.

Наоборот, из частичного порядка на разбиении множества можно построить предзаказ на Между предзаказами и парами существует взаимно однозначное соответствие (разбиение, частичный порядок).

Пример : пустьбыть формальной теорией , которая представляет собой набор предложений с определенными свойствами (подробности которых можно найти в статье по теме ). Например,может быть теорией первого порядка (например, теорией множеств Цермело – Френкеля ) или более простой теорией нулевого порядка . Одно из многих свойств состоит в том, что он закрыт логическими следствиями, так что, например, если предложение логически подразумевает какое-то предложение который будет записан как и в качестве тогда обязательно Соотношение это предварительный заказ на потому что всегда держит и когда и оба держатся тогда так Кроме того, для любого если и только если ; то есть два предложения эквивалентны по отношению ктогда и только тогда, когда они логически эквивалентны . Это конкретное отношение эквивалентности обычно обозначается собственным специальным символом и так этот символ может использоваться вместо Класс эквивалентности предложения обозначается состоит из всех предложений которые логически эквивалентны (это все такой, что ). Частичный заказ на индуцированный который также будет обозначаться тем же символом характеризуется если и только если где условие правой части не зависит от выбора представителей и классов эквивалентности. Все, что было сказано опока можно сказать и об обратном соотношении Предварительно заказанный набор является направленным множеством, потому что если и если обозначает предложение, образованное логическим союзом потом и куда Частично упорядоченный набор следовательно, также является направленным множеством. См. Соответствующий пример в алгебре Линденбаума – Тарского .

Предварительные заказы и строгие предварительные заказы

Строгий предварительный заказ, вызванный предварительным заказом

Учитывая предзаказ новое отношение можно определить, объявив, что если и только если или, что эквивалентно, используя введенное выше отношение эквивалентности, так что соотношение удовлетворяет

Соотношение является строгим частичным порядком, и каждый строгий частичный порядок может быть результатом такой конструкции. Если предзаказ является антисимметричным, а значит, частичным порядком, то эквивалентность есть равенство (т. е. ), а значит, соотношение это определение можно переформулировать как:
Но важно то, что это не общее определение отношения (это, это не определяется как: если и только если ) потому что если предзаказ не антисимметрично, то полученное соотношение не будет транзитивным (подумайте, как соотносятся эквивалентные неравные элементы). Это причина использования символа ""вместо" меньше или равно "символ"", что может вызвать путаницу для предварительного заказа, который не является антисимметричным, поскольку может вводить в заблуждение, что подразумевает

Предварительные заказы, вызванные строгим предварительным заказом

С этой конструкцией несколько предварительных заказов ""может привести к тому же самому отношению строгий предварительный заказ поэтому без дополнительной информации, такой как отношение эквивалентности ""не может быть реконструирован из"". Возможные предзаказы включают следующее:

  • Определять в виде (то есть возьмем рефлексивное замыкание отношения). Это дает частичный порядок, связанный со строгим частичным порядком ""посредством рефлексивного замыкания; в этом случае эквивалентность равна равенству, поэтому нам не нужны обозначения и
  • Определять в виде ""(то есть взять обратное дополнение отношения), что соответствует определению как "ни "; эти отношения и в целом непереходны; однако, если они есть,эквивалентность; в таком случае ""является строгим слабым порядком . Результирующий предварительный заказ является связанным (ранее называвшимся общим), то есть полным предварительным заказом .

Количество предзаказов

Как объяснялось выше, между предварительными заказами и парами существует соответствие один-к-одному (разделение, частичный порядок). Таким образом, количество предварительных заказов - это сумма количества частичных заказов в каждом разделе. Например:

  • для
    • 1 раздел из 3, дающий 1 предварительный заказ
    • 3 перегородки 2 + 1 , дающие предварительные заказы
    • 1 раздел 1 + 1 + 1 , что дает 19 предварительных заказов
    Т.е. вместе 29 предзаказов.
  • для
    • 1 раздел из 4, дающий 1 предварительный заказ
    • 7 перегородок с двумя классами (4 из 3 + 1 и 3 из 2 + 2 ), дающие предварительные заказы
    • 6 перегородок по 2 + 1 + 1 , что дает предварительные заказы
    • 1 раздел 1 + 1 + 1 + 1 , дающий 219 предзаказов
    Т.е. вместе 355 предзаказов.

Интервал

Для интервал множество точек x, удовлетворяющих и также написано Он содержит как минимум точки a и b . Можно расширить определение на все пары Все дополнительные интервалы пусты.

Используя соответствующее строгое соотношение "", можно также определить интервал как множество точек x, удовлетворяющих и также написано Открытый интервал может быть пустым, даже если

Также и можно определить аналогично.

См. Также

  • Частичный заказ - антисимметричный предзаказ
  • Отношение эквивалентности - симметричный предпорядок
  • Общий предварительный заказ - общий предварительный заказ
  • Общий заказ - антисимметричный и общий предварительный заказ.
  • Режиссерский набор
  • Категория предзаказанных наборов
  • Предварительный заказ
  • Хорошо-квазиупорядоченный

Примечания

  1. ^ Для "proset" см., Например, Эклунд, Патрик; Gähler, Вернер (1990), "Обобщенные Коши пространства", Mathematische нахрихтен , 147 : 219-233, DOI : 10.1002 / mana.19901470123 , МР  1127325.
  2. ^ Пирс, Бенджамин С. (2002). Типы и языки программирования . Кембридж, Массачусетс / Лондон, Англия: MIT Press. стр. 182ff. ISBN 0-262-16209-1.
  3. ^ Кунен, Кеннет (1980), Теория множеств, Введение в доказательства независимости , Исследования по логике и основам математики, 102 , Амстердам, Нидерланды: Elsevier.
  4. ^ В этом контексте ""не означает" установить разницу ".

Ссылки

  • Шмидт, Гюнтер, "Реляционная математика", Энциклопедия математики и ее приложений, вып. 132, Cambridge University Press, 2011, ISBN 978-0-521-76268-7 
  • Шредер, Бернд С.В. (2002), Упорядоченные множества: Введение , Бостон: Биркхойзер, ISBN 0-8176-4128-9