離散數學知識點總結(7)-格


一、格

假設(L, ≤)為偏序集,如果對於任意 a, b∈L ,{a, b} 都存在上確界和下確界,則稱 (L, ≤) 為一個格(lattice)

顯然上確界和下確界有唯一性

上確界LUB({a, b})記作a∨b,稱之為a與b的並(join)

下確界GLB({a, b})記作a∧b,稱之為a與b的交(meet) 

舉例:對任意a, b∈L,a≤b

序集(A , ≤)必然是格a∨b=ba∧b=a

(Z+, |)是一個格a∨b=LCM(a , b)a∧b=GCD(a , b)

(P(S) , )是一個格(冪集格),a∨b=a∪ba∧b=a∩b

恆等關系IS是偏序關系,但(S , IS)不是格如果偏序集中存在孤立頂點,一定不會構成格)

a∨b=b  a≤b  a∧b=a因此≤關系實際可用∨和∧來表示(L , ≤)可記作(L∨ , ∧

對任意a, b, c∈L,顯然有:

1)冪等律:a∨a=a∧a=a

2交換律a∨b=b∨aa∧b=b∧a

3)結合律:(a∨b)∨c=a∨(b∨c)(a∧b)∧c=a∧(b∧c)

4)吸收律:a∨(a∧b)=a∧(a∨b)=a

但是格中運算不滿足分配律a∨(b∧c)≤(a∨b)∧(a∨c)

格的等價定義設<S , * , >是具有兩個二元運算的代數系統,且對於*和都滿足交換律、結合律、吸收律,則可以適當定義S中的偏序關系≤,使得(S , ≤)是格,此時a , b∈S都有a∧b=a*ba∨b=ab

證明:由吸收律a=a(a*b)=a*(ab)可以推得冪等律a*a=a*(a(a*a))=a,同理a○a=a

   定義二元關系R當ab=b時(a , b)∈R,R是S上的偏序關系

    自反性:a∈S都有a○a=a(a , a)∈R

    反對稱性:aRb且bRa ab=b=ba=a

    傳遞性:aRb且bRc ⟹ ab=b且bc=c bc=c=(ab)c=a(bc)=aaRc

    偏序關系R還可以表述為當a*b=a時(a , b)∈R

    若ab=b則a*b=a*(ab)=a,若a*b=a則ab=(a*b)b=b(b*a)=b,從而有ab=b a*b=a a≤b  

      a , b∈S,a○(ab)=(aa)b=abb(ab)=a(bb)=ab,從而有a≤ab,b≤a○b,故a○b就是{a , b}的上界

     設c也是{a , b}的上界,a○c=bc=c(ab)c=a(bc)=ac=c,從而有a○b≤c,故a○b就是{a , b}最小上界

      a , b∈S(a*b)*a=(a*a)*b=a*b(a*b)*b=a*(b*b)=a*b,從而有a*b≤aa*b≤b,故a*b就是{a , b}的下界

     設d也是{a , b}的下界d*a=d*b=dd*(a*b)=(d*a)*c=d*c=d,從而有d≤a*b,故a*b就是{a , b}最大下界

此外,格還具有保序性:

1ab時a∧cb∧ca∨cb∨c

2ab且cd時a∧cb∧da∨cb∨d

3ac且b a∨bc

4ca且c c≤a∧b

子格:SL,對任意a, b∈S有a∨b , a∧b∈S,則稱S是L的一個子格

例如:n|m時(Dn, |)是(Dm, |)的子格

  取D30的一部分6∧15=3不在S中,故不構成子格 

、布爾代數

格(L∨ , ∧)如果滿足a∨(b∧c)=(a∨b)∧(a∧c)a∧(b∨c)=(a∧b)∨(a∧c)那么L是分配格(兩個等式成立一個,另一個一定成立)

全上界/全下界:若存在a∈L使得x∈S有x≤a / a≤xa就是L的全上界/全下界

格L中存在全上界和全下界時,稱為有界格。此時全下界記為0,全上界記為1

有限格一定存在全上界(所有元素的)和全下界(所有元素的),因此一定是有界格

設(L∨ , ∧ , 0 , 1)是有界格,a∈L,若存在b∈L使得a∧b=0且a∨b=1,則a與b互為補元,定義'為求補運算

有界分配格中,a的補元若存在則必唯一

證明:假設a存在兩個補元b和ca∧b=a∧c=0a∨b=a∨c=1

 b=b∧(b∨a)=b∧(c∨a)=(b∧c)∨(b∧a)=(b∧c)∨(c∧a)=(b∨a)∧c=(a∨c)∧c=c

設(L∨ , ∧ , 0 , 1)是有界格,a∈L,在L中都有補元存在,L是有補格(L∨ , ∧ , ' , 0 , 1)

布爾格/布爾代數/有補分配格:每個元素都存在着唯一的補格

例如S的冪集格(P(S) , ∩ , ∪ , ~ , , S)構成布爾代數(冪集代數)

 數理邏輯中的命題代數、數字電路中的邏輯代數都是布爾代數

布爾代數中有雙重否定律(a')'=a

      德摩根律(a∨b)'=a'∧b'(a∧b)'=a'∨b'

b∈L,都有0<b≤a b=a,則a是L中的原子

例如若L是正整數n的全體正因子關於整除關系構成的格,L的原子就是n的全體素因子

例如若L是集合B的冪集格,L的原子就是B中單個元素構成的單元集

若L是有限布爾代數,A是L的全體n個原子構成的集合,則A的冪集代數P(A)與L同構|A|=n|P(A)|=|L|=2n

任何等勢的有限布爾代數都是同構的;任何有限布爾代數的基數都是2的冪

因此在同構的意義上,對於2的任意次冪,僅存在一個2n元的布爾代數

 


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