離散數學(格與布林代數)

gonghr發表於2021-10-31

是格(L,≤)的子格。

格的定義

偏序格

定義:給出一個偏序集(L,≤),如果對於任意a,b∈L,L的子集{a, b}在L中都有一個最大下界(記為inf{a, b})和一個最小上界(記為sup{a, b}) 則稱(L,≤)為一個格。

? 全序集是一個格,不是所有偏序集都是格.

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偏序子格

定義:設(L,≤)是格,S ⊆ L,如果(S,≤)是格,則稱(S,≤)是格(L,≤)的子格。

離散數學(格與布林代數)

代數格

定義:設L是一個集合,×,⊕是L上兩個二元代數運算,如果這兩種運算對於L中元素滿足:

  • 交換律:a×b=b×a,a⊕b=b⊕a。
  • 結合律:a ×(b×c)=(a×b)× c,
    a ⊕(b⊕c)=(a⊕b)⊕ c。
  • 吸收律:a ×(a⊕b)= a,
    a ⊕(a×b)= a。
    則稱此代數系統(L,×,⊕)為一個格。

?
1️⃣ 設(L, ×, ⊕)是格,則(L, ×)和(L, ⊕) 為交換半群

2️⃣ 滿足吸收律可推出它們一定滿足冪等律。

代數子格

設(L,×,⊕)是一個代數格,S ⊆ L,(S,×,⊕)稱為(L,×,⊕)的一個子格,當且僅當在運算×,⊕下,S是封閉的。

? (S,×,⊕)是格(L,×,⊕)的子格的充要條件是: S ⊆ L 且(S,×,⊕)是一個格。

代數格與偏序格的等價性

定義:一個偏序格必是一個代數格;反之亦然.

代數子格與偏序子格的關係

  • 若(S,×,⊕)是(L, ×, ⊕)的代數子格,則(S,≤)是 (L,≤)的偏序子格;

  • 若(S,≤)是(L,≤)的偏序子格,則(S,×,⊕) 不一定是(L, ×, ⊕)的代數子格。 (因為代數子格必須滿足封閉性)

格的性質

格的其他性質

1️⃣ 設(L,≤)是一個格,a,b是 L 中任意元素,於是 a≤b <=> a×b = a <=> a ⊕ b = b

2️⃣ 設(L,≤)是一個格,a,b,c是 L 中任意元素,如果b≤c,則有 a×b ≤ a×c,a⊕b ≤ a⊕c

3️⃣ 設(L,≤)是一個格,a,b,c是L中任意元素。於是有分配不等式

  • a⊕(b×c) ≤ (a⊕b)×(a⊕c)
  • a×(b⊕c) ≥ (a×b)⊕(a×c)
    (記憶方法:最後進行 ⊕ 的式子小)
    ? 在一般格中,分配律不是總成立的,但上述分配不等式總是成立的。

4️⃣ 設(L,≤)是一個格,a,b,c是 L 中任意元素,於是,a≤b <=> a⊕(b×c) ≤ b×(a⊕c)

格的同態和同構

1️⃣ 設(L,×,⊕)和(S,∧,∨)是兩個格,L到S內的對映g稱為(L,×,⊕)到(S,∧,∨)的格同態對映,如果對任意a,b∈L,都有

  • g(a×b)= g(a)∧g(b)
  • g(a⊕b) = g(a)∨g(b).

2️⃣ 格 L 到 L 內的同態對映稱為格的自同態對映

3️⃣ 若 g 是 L 到 S 上的同態對映,且是一對一的,則稱 g 是格同構對映,並稱格 L 與格 S 是同構的。
此時,對任意 x∈L,任意 y∈S ,有 g-1(g(x))=x,g(g-1(y))=y。

4️⃣ 格的同態對映一定是保序對映,但保序不一定是同態
設(L,×,⊕) ≡ (L, ≤)和(S,∧,∨) ≡ (S, ≤)是兩個格。如果 g 是 L 到 S 內的同態對映,則 g 是保序對映,
亦即,對任意 a,b∈L,若a≤b,則g(a)≤g(b)。

5️⃣ 設(L,×,⊕)是一個格,g 是此格的自同態對映,於是 g(L)是(L, ×, ⊕)的代數子格。

6️⃣ 設(L,×,⊕), (S,∧,∨)是兩個格,若 g 是 L 到 S 上的同構對映,則 g 的逆對映 g-1 是 S 到 L 上的同構對映。

7️⃣ 若格(L,×,⊕) ≡ (L, ≤)和格(S,∧,∨) ≡ (S, ≤) 同構 ,g 是其同構對映, 則對 L 中任意兩個元素a,b,有a≤b <=> g(a)≤g(b)

n 維格

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幾種特殊的格

有界格

定義:格(L,≤)稱為有界格,如果它有一個最大元素(記為1)和一個最小元素(記為0),亦即,對任意a∈L,都有 0≤a≤1, 0,1稱為格 (L,≤)的界。

? 有限格必是有界格,有界格不一定是有限格

1️⃣ 若(L,×,⊕, 0, 1)是有界格,則對任意a∈L,恆有
a ⊕ 0 = a, a × 1 = a,
a ⊕ 1 = 1, a × 0 = 0。

2️⃣ 餘元素:在有界格(L,×,⊕,0,1)中,一個元素b∈L,稱為元素a∈L的餘元素,如果a × b = 0, a ⊕ b = 1。

3️⃣ 在有界格中,一元素可能沒有餘元素;如果有餘元素,可以有一個或一個以上的餘元素.
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4️⃣ 在有界格(L,×,⊕, 0, 1)中,1是0的唯一 一個餘元素,反之亦然。

有餘格

定義:稱有界格(L,×,⊕,0,1)是一個有餘格如果對 L 中每一個元素,都至少有一個餘元素。

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分配格

定義:格(L,×,⊕)稱為分配格,如果對任意 a,b,c∈L,恆有
a×(b⊕c) = (a×b)⊕(a×c)
a⊕(b×c) = (a⊕b)×(a⊕c)

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?
1️⃣ 分配格定義中的兩個等式是等價的,可以互相推出

2️⃣ 但不是所有的格都是分配格

3️⃣ 分配格的任意子格仍是分配格。

‼️ L是分配格當且僅當 L 既不含有與五角格同構的子格;也不含有與鑽石格同構的子格。
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5️⃣ 任意一個鏈都是一個分配格

6️⃣ (德摩根定律) 設(L,×,⊕)是一個分配格,對任意a, b∈L,若a,b有餘元素a’, b’,則
(a×b)’= a’⊕b’ (a⊕b)’= a’×b’

7️⃣ 設格(L,×,⊕)是分配格,對任意a, b, c∈L,如果a×c = b×c,a⊕c = b⊕c,則a = b。

8️⃣ 設格(L,×,⊕)是一個有餘分配格(有界分配格),則對任意a∈L,a 的餘元素 a′ 是唯一的。

模格

定義:設(L,≤)是一個格,對任意a, b, c∈L,如果a≤b,都有a⊕(b×c)= b×(a⊕c)則稱(L,≤)為模格。

?
1️⃣ 任意一個分配格都是模格

2️⃣ 模格不一定是分配格。

‼️

  • 一個格 L 是模格當且僅當 L 不含與五角格同構的子格。
  • 一個模格是分配格當且僅當 L 不含與鑽石格同構的子格
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4️⃣ 格(L,≤)是模格的充要條件是:
對任意a,b,c∈L,如果a≤b,a×c=b×c,a⊕c=b⊕c,則必有a=b。

布林代數

布林代數的定義及其性質

定義: 一個有餘分配格是一個布林代數。記為(B,·,+,ˉ,0,1)。

性質:
離散數學(格與布林代數)
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Huntington(亨廷頓)公理

定理: 設B是一個至少含有兩個不同元素的集合,·,+是定義在B上的兩種代數運算,如果對任意a,b,c∈B,滿足下面公理:
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子代數

任給一個布林代數 (B, ·, +, ¯, 0, 1)。若B的一個子集S包含0和1, 且(S,·,+,¯,0,1)仍是一個布林代數,則稱S為B的子代數。

設(B,·,+,¯,0,1)是布林代數.於是,B的子集S是B的子代數的充要條件是S在運算· ,+,¯ 下是封閉的。

往期回顧

離散數學(集合論)
離散數學(古典數理邏輯)
離散數學(圖與網路)
離散數學(數論基礎)
離散數學(格與布林代數)

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