離散數(shù)學(xué)概念總結(jié)

命題邏輯


命題


命題

  • 能確定真值的陳述句

原子命題

  • 不能再細分的命題

復(fù)合命題

  • 由聯(lián)結(jié)詞父腕、標點符號和原子命題復(fù)合構(gòu)成的命題

重言式

  • 給定一個命題公式质涛,若無論對分量作怎樣的指派,其對應(yīng)的真值永為T境蜕,則稱命題公式為重言式

蘊含式

  • 設(shè)p, q為兩個命題鳄梅,復(fù)合命題“如果pq”稱為pq的蘊含式纺讲,記作p \rightarrow q

矛盾式

  • 無論對分量作怎樣的指派,其對應(yīng)的真值永為F综苔,記為F

子公式

  • 如果X是合式公式A的一部分惩系,且X本身也是一個合式公式,則稱X為公式A的子公式

置換

  • 設(shè)X是合式公式A的子公式如筛,且X \Leftrightarrow Y,將A中的XY來置換抒抬,得到新的公式B杨刨,則A \Leftrightarrow B

命題公式


命題公式

  1. 單個命題變元是一個命題公式


  1. 如果AB是命題公式,那么\neg A, (A \land B), (A \lor B), (A \rightarrow B), (A \Leftrightarrow B)都是命題公式


  1. 當且僅當能夠有限次地應(yīng)用(1),(2)生成的公式是命題公式

命題公式的等價

  • 設(shè)命題公式AB擦剑,P_1, P_2, ..., P_n為所有出現(xiàn)于AB中的原子變元妖胀,若給P_1, P_2, ..., P_n任一組真值指派,AB的真值都相同惠勒。則稱AB是等價的

命題公式的對偶式

  • 命題公式A中含聯(lián)結(jié)詞\land赚抡,\lor,將\land\lor互換纠屋,T 與 F 互換所得公式A^{*}稱為A的對偶式

聯(lián)結(jié)詞

  • \overline{\lor}:不可兼析取


  • \xrightarrow{c}:條件否定


  • \uparrow:與非


  • \downarrow:或非

范式


求范式的步驟

  1. 將命題公式的聯(lián)結(jié)詞全部化為\neg, \land, \lor


  1. 利用德·摩根律涂臣,將否定符號\neg直接移到各命題變元之前


  1. 利用分配律、結(jié)合律將命題公式化為范式

小項

  • n個命題變元P_1, P_2, \dots, P_n的合取式售担,稱為布爾合取小項赁遗,在任一小項中


    1. 每個變元P_i與它的否定\neg P_i不能同時出現(xiàn)


    1. P_i\neg P_i必須出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次

大項

  • n個命題變元P_1, P_2, \dots, P_n的析取式,稱為布爾析取大項族铆,在任一小項中


    1. 每個變元P_i與它的否定\neg P_i不能同時出現(xiàn)


    1. P_i\neg P_i必須出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次

謂詞邏輯


謂詞公式


謂詞公式

  1. 原子謂詞公式是謂詞公式


  1. A是謂詞公式則\neg A是一個謂詞公式


  1. AB都是謂詞公式岩四,則(A \land B)(A \lor B)哥攘,(A \rightarrow B)(A \Leftrightarrow B)是謂詞公式


  1. 如果A是謂詞公式剖煌,xA中出現(xiàn)的任何變元材鹦,則(\forall x)A(\exist x)A都是謂詞公式


  1. 只有經(jīng)過有限次應(yīng)用規(guī)則(1), (2), (3), (4)所得到的公式是謂詞公式

謂詞公式的等價

  • 任意給定兩個謂詞公式wffA和wffB,設(shè)它們有共同的個體域E耕姊,若對AB的任一組變元進行賦值侠姑,所得命題的真值相同,則稱謂詞公式ABE上是等價的箩做,并記作:A \Leftrightarrow B

前束范式


定義

  1. 所有量詞都位于該公式的最左邊


  1. 所有量詞前都不含否定


  1. 量詞都轄域都延伸到整個公式都末端

運算方法

  1. 消去\Rightarrow 莽红、 \Leftarrow


  1. 否定\neg右移


  1. 量詞左移(分配等值、轄域收縮擴張邦邦、變項改名)



  • 分配等值:

    • (\forall x)(A(x) \land B(x) \equiv (\forall x)A(x) \land (\forall x)B(x) \forall\lor 不滿足

    • (\exist x)(A(x) \lor B(x)) \equiv (\exist x)A(x) \lor (\exist x)B(x) \exist\land 不滿足


  • 轄域收縮擴張:(\forall x)(A(x) \lor B(x)) \equiv (\forall x)A(x) \lor B 安吁,A(x)x 自由出現(xiàn),B 不含 x


推理理論


P規(guī)則

  • 前提引入:前提在推導(dǎo)過程中的任何時候都可以引入

T規(guī)則

  • 結(jié)論引用:在推導(dǎo)中燃辖,如果有一個或多個公式重言蘊含著公式S(結(jié)論)鬼店,則公式S可以引入推導(dǎo)之中

CP規(guī)則

  • 要證明S \Rightarrow (R \rightarrow C),轉(zhuǎn)化為證明(S \land R) \Rightarrow C

    • R:附加前提

全稱指定規(guī)則(US)

\Large{\frac{(\forall x)P(x)}{\therefore P(c)}}


\Large{\frac{(\forall x)P(x)}{\therefore P(y)}}


全稱推廣原則(UG)

\Large{\frac{P(x)}{\therefore (\forall x)P(x)}}


存在制定原則(ES)

\Large{\frac{(\exist x)P(x)}{\therefore P(c)}}


存在推廣原則(EG)

\Large{\frac{P(c)}{\therefore (\exist x)P(x)}}


集合論


平凡子集

  • 非空集合A的子集A\emptyset

全集

  • 在一定范圍內(nèi)黔龟,若所有集合均為某一集合的子集妇智,則稱該集合為全集,記作E

冪集

  • 給定集合A氏身,以A的全體子集為元素構(gòu)成的集合巍棱,稱為A的冪集,記為\mathscr{P}(或2^A

商集

  • 設(shè)R為非空集合A上的等價關(guān)系蛋欣,其等價類集合\{[a]_R|a \in A\}稱為A關(guān)于R商集航徙,記為A \setminus R

集合的劃分

  • 設(shè)A為非空集合,S = \{ S_1, S_2, ..., S_n \}陷虎,其中S_i \subseteq A, S_i \neq \varnothing (i = 1, 2, ..., m)到踏,
    \bigcup_{i = 1}^m S_i = A
    S_i \bigcap S_j = \varnothing (i \neq j , i, j = 1, 2, ..., m),則稱SA的劃分


證明:



設(shè)集合A有一個劃分S = \{S_1, S_2, \cdots, S_m\}尚猿,現(xiàn)定義一個關(guān)系R窝稿,aRb當且僅當a, b在同一分塊中≡涞啵可以證明這樣規(guī)定的關(guān)系R是一個等價關(guān)系伴榔。因為


  1. aa在同一分塊中,故必有aRa缠劝。即R是自反的


  2. ab在同一分塊中傀顾,ba也必在同一分塊中例书,即aRb \Rightarrow bRa,故R是對稱的


  3. ab在同一分塊中况褪,bc在同一分塊中通熄,因為



    S_i \cap S_j = \varnothing (i \neq j)



    b屬于且僅屬于一個分塊,故ac必在同一分塊中脱羡,故有



    (aRb) \land (bRc) \Rightarrow (aRc)



    R是傳遞的萝究。



    R滿足上述三個條件免都,故R是等價關(guān)系,由R的定義可知帆竹,S就是A \setminus R

集合的覆蓋

  • 設(shè)A為非空集合绕娘,S = \{S_1, S_2, ..., S_n\} 其中S_n \subseteq A, S_i \neq \varnothing (i = 1, 2, ..., m)
    \bigcup_{i = 1}^m S_i = A
    則稱SA的覆蓋

交叉劃分

  • \{A_1, A_2, \cdots, A_r\}\{B_1, B_2, \cdots, B_s\}是同一集合X的兩種劃分,則其中所有A_i \cap B_i \neq \varnothing組成的集合栽连,稱為是原來兩種劃分的交叉劃分

劃分的加細

  • 設(shè)\{A_1, A_2, \cdots, A_r\}\{B_1, B_2, \cdots, B_s\}是同一集合X的兩種劃分险领,若對于每個A_j均有B_k,使A_j \subseteq B_k秒紧,則\{A_1, A_2, \cdots, A_r\}稱為是\{B_1, B_2, \cdots, B_s\}加細

集合的等勢

  • 集合A的元素與集合B的元素之間存在一一對應(yīng)

集合的對稱差

  • 設(shè)AB為任意兩個集合绢陌,AB的對稱差是由或者屬于A,或者屬于B熔恢,但不能既屬于A又屬于B但元素所組成的集合

集合的基數(shù)

  • 所有與集合A等勢的集合所組成的集合脐湾,叫做集合A的基數(shù),記為K[A](或\overline{\overline{A}}

無限集

  • 設(shè)A為一個集合叙淌,若A為空集或與集合\{0, 1, \cdots, n - 1\}等勢秤掌,則稱A有限集,否則A無限集

  • 等價定義:A是無限集當且僅當與其某一個真子集等勢


可數(shù)集

  • 與自然數(shù)集合等勢的集合

連續(xù)統(tǒng)的勢

  • \aleph:我們把集合(0, 1)的基數(shù)記為"\aleph"鹰霍,因為(0, 1)~R闻鉴,故K[R]=\aleph

可數(shù)集合的基數(shù)

  • \aleph_0:與自然數(shù)集合等勢的任意集合稱為可數(shù)的,可數(shù)集合的基數(shù)用\aleph_0表示

集合的置換

  • 設(shè)S是一個非空集合衅谷,從集合SS的一個雙射稱為S的一個置換

集合的運算


集合的對稱差

  • A \oplus B = (A - B) * (B - A) = \{x|x \in A \overline{\lor} x \in B\}


  • 又稱環(huán)和

關(guān)系


關(guān)系


笛卡爾積

  • AB是任意兩個集合椒拗,若序偶的第一個成員是A的元素,第二個成員是B的元素获黔,所有這樣的序偶集合,稱為集合AB的笛卡爾積在验,記作A \times B

集合A上的二元關(guān)系

  • A \times A的一個子集為集合A上的一個二元關(guān)系

對稱關(guān)系

  • 設(shè)RX上的關(guān)系玷氏,對于每一個x, y \in X,每當xRy時腋舌,就有yRx盏触,則稱RX上的對稱關(guān)系

反對稱關(guān)系

  • 設(shè)RX上的關(guān)系,對于每一個x, y \in X块饺,每當xRy赞辩,yRx時,必有x = y授艰,則稱RX上的反對稱關(guān)系

等價關(guān)系

  • 一個二元關(guān)系若滿足自反性辨嗽,對稱性傳遞性則稱為等價關(guān)系

等價類

  • 設(shè)R是非空集合A上的等價關(guān)系\forall a \in A淮腾,令


    [a]_R = \{x|x \in A \land aRx\}


    [a]_Ra關(guān)于R等價類


  • 簡稱為a的等價類糟需,簡記為[a]


  • a稱為等價類[a]_R代表元素

相容關(guān)系


相容關(guān)系

  • 若集合A上的二元關(guān)系R是:


    1. 自反的


    1. 對稱的


    則稱RA上的相容關(guān)系


  • 相容關(guān)系又稱相似關(guān)系

相容類

  • 設(shè)R是集合A的相容關(guān)系屉佳,子集B滿足\forall x, y \in B, xRy,則稱BA關(guān)于R的相容類

最大相容類

  • 設(shè)R是集合A的相容關(guān)系洲押,子集B滿足:


    1. \forall x, y \in B, xRy


    1. \forall x \in A - B, \exist z \in B, xRz


    則稱BA關(guān)于R的最大相容類


完全覆蓋


偏序關(guān)系


偏序關(guān)系

  • 若集合A上的二元關(guān)系R自反的体箕、反對稱的傳遞的,則稱RA上的偏序關(guān)系


  • 序偶<A, R>稱為偏序集


  • 又稱半序

蓋住

  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>為偏序集挑童,\forall x, y \in A累铅,若x \preccurlyeq y,x \neq y炮沐,且不存在z \in A使得x \preccurlyeq z \preccurlyeq y争群,則稱y蓋住x

哈斯圖

  • 設(shè)有偏序集<A, \preccurlyeq>\forall x, y \in A (x \neq y)大年,適當排列結(jié)點的順序使得:


    1. x \preccurlyeq y换薄,則將x畫在y的下方


    1. y蓋住x,則用一條直線連接xy

偏序集合的子集的特殊元素

? 設(shè)<A, \preccurlyeq>為偏序集翔试,B \subseteq A轻要,對a \in Ab \in B


極大元

  • B中不存在元素x垦缅,使b \neq xb \preccurlyeq x冲泥,則bB極大元


  • (\forall x \in B)(b \preccurlyeq x \rightarrow x = b)

極小元

  • B中不存在元素x,使b \neq xx \preccurlyeq b壁涎,則bB極小元


  • (\forall x \in B)(x \preccurlyeq b \rightarrow x = b)

最大元

  • B中任意元素x凡恍,有x \preccurlyeq b,則稱bB最大元


  • (\forall x)(x \in B \rightarrow x \preccurlyeq b)

最小元

  • B中任意元素x怔球,有b \preccurlyeq x嚼酝,則稱bB最小元


  • (\forall x)(x \in B \rightarrow b \preccurlyeq x)

最大元與極大元的比較

  • 最大元與其他所有元素均可比;而極大元不一定與所有元素都可比竟坛,只要沒有比它大的元素闽巩,它就是極大元


  • 都不一定存在,但非空有限元中極大元一定存在


  • 最大元存在即唯一担汤,極大元可有多個


  • 唯一的極大元\iff最大元

上界

  • (\forall x)(x \in B \rightarrow x \preccurlyeq a)成立涎跨,則稱aB上界

下界

  • (\forall x)(x \in B \rightarrow a \preccurlyeq x)成立,則稱aB下界

上確界

  • 設(shè)aB的一個上界崭歧,若對所有上界y均有a \preccurlyeq y隅很,則稱aB最小上界上確界,記為\mathrm{LUB}B\mathrm{sup}B

下確界

  • 設(shè)bB的一個下界驾荣,若對B的所有下界z均有z \preccurlyeq b外构,則稱bB最大下界下確界普泡,記為\mathrm{GLB}B\mathrm{inf}B

擬序關(guān)系

  • 設(shè)A是一個集合,如果A上的一個集合R审编,滿足反自反的傳遞的撼班,則稱RA上的一個擬序關(guān)系

全序關(guān)系

  • 偏序集<A, \preccurlyeq>中,若A是一個垒酬,則稱<A, \preccurlyeq>全序集合線序集合

自反外永、反對稱剩失、傳遞纫事、每個元素之間都有關(guān)系


良序集合

  • 偏序集<A, \preccurlyeq>中刹衫,若A的每一個非空子集總含有最小元,則稱<A, \preccurlyeq>良序集合

自反口糕、反對稱缅阳、傳遞、每個元素之間都有關(guān)系景描、子集存在最小元


  • 稱二元關(guān)系\preccurlyeqA上的良序

\{良序\} \subseteq \{全序\} \subseteq \{偏序\}


對稱閉包

  • 設(shè)R是一個二元關(guān)系十办,如果存在一個關(guān)系R'滿足:R'對稱的R' \supseteq R超棺,對于任何對稱關(guān)系R''向族,如果有R'' \supseteq R就有R'' \supseteq R',則稱R'R對稱閉包

自反閉包

  • 設(shè)R是一個二元關(guān)系棠绘,如果存在一個關(guān)系R'滿足:R'自反的件相;R' \supseteq R;對于任何自反的關(guān)系R''如果有R'' \supseteq R就有R'' \supseteq R'氧苍,則稱R'R自反閉包

傳遞閉包

  • 設(shè)R是一個二元關(guān)系夜矗,如果存在一個關(guān)系R'滿足:R'傳遞的R' \supseteq R让虐;對于任何傳遞的關(guān)系R''如果有R'' \supseteq R就有R'' \supseteq R'侯养,則稱R'R傳遞閉包

Warshall算法

procedure Warshell(M_R: n \times n 的 0-1 矩陣)



W := M_R



for k := 1 to n //按列遍歷



? ? for i := 1 to n



? ? ? ? for j := 1 to n



? ? ? ? w_{ij} := w_{ij} \lor (w_{ik} \land w_{kj}) //若第j列是1則把第j行上的元素邏輯加到第i行上



return W\{W = [w_{ij}] 是 M_{R^*}\}


  • 主對角線可跳過


  • i行均為零可跳過

  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是一個偏序集合,在A的一個子集中澄干,如果每兩個元素都是有關(guān)系的,則這個子集為

反鏈

  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是一個偏序集合柠傍,在A的一個子集中麸俘,如果每兩個元素都是無關(guān)的,則這個子集為反鏈

函數(shù)


函數(shù)

  • 設(shè)XY是任何兩個集合惧笛,fXY的一個關(guān)系从媚,如果對于每一個x \in X,有唯一的y \in Y患整,使得<x, y> \in f拜效,則稱關(guān)系f為函數(shù)


  • 亦稱fXY的映射

滿射

  • 對于映射f: X \rightarrow Y喷众,如果ranf = Y則稱這個映射為滿射

入射

  • 對于映射f: X \rightarrow Y,如果\forall y \in ranf都存在唯一的x \in X使得f(x) = y紧憾,則稱f: X \rightarrow Y是入射(或一對一映射)

雙射

  • f: X \rightarrow Y既是滿射又是入射到千,則稱f: X \rightarrow Y是雙射

逆函數(shù)

  • 設(shè)f: X \rightarrow Y是一雙射函數(shù),稱Y \rightarrow X的雙射函數(shù)f^cf的逆函數(shù)赴穗,記作f^{-1}

常函數(shù)

  • 函數(shù)f: X \rightarrow Y憔四,\exist y_0 \in Y,使得\forall x \in X般眉,f(x) = y_0了赵,即f(X) = y_0

恒等函數(shù)

  • 如果I_X = \{<x, x>|x \in X\},則稱函數(shù)I_X: X \rightarrow X為恒等函數(shù)

基數(shù)的比較


概念

  • 如果兩個集合能夠建立雙射函數(shù)甸赃,則該兩集合應(yīng)具有相同的基數(shù)


  • 連續(xù)統(tǒng)的勢\aleph:我們把集合(0, 1)的基數(shù)記為"\aleph"柿汛,因為(0, 1)~R,故K[R]=\aleph


  • 可數(shù)集合的基數(shù)\aleph_0:與自然數(shù)集合等勢的任意集合稱為可數(shù)的埠对,可數(shù)集合的基數(shù)用\aleph_0表示


  • 若從集合A到集合B存在一個入射络断,則稱A的基數(shù)不大于B的基數(shù),記作K[A] \leqslant K[B]


  • 若從集合A到集合B存在一個入射鸠窗,但不存在雙射妓羊,則稱A的基數(shù)小于B的基數(shù),記作K[A] < K[B]


Cantor-Schroder-Bernstein 定理

  • 設(shè)AB是任意集合稍计,若K[A] \leqslant K[B], K[B] \leqslant K[A]躁绸,則K[A] = K[B]

例題

  1. 證明[0,1](0,1)有相同的基數(shù)

證明:作入射函數(shù):


f: (0, 1) \rightarrow [0, 1], f(x) = x

g: [0, 1] \rightarrow (0, 1), g(x) = \frac{x}{2} + \frac{1}{4}

  1. 設(shè)A = NB=(0,1)臣嚣,K[A] = \aleph_0净刮,K[B] = \aleph,求證:K[A \times B] = \aleph

證明:
定義一個從A \times B到正實數(shù)的函數(shù)f硅则,


f: A \times B \rightarrow \{x|x \in R_+\} > f(n, x) = n + x


因為f是一個入射函數(shù)淹父,且K[R_+] = \aleph


所以K[A \times B] \leqslant \aleph


此外,作映射g: (0, 1) \rightarrow A \times B

g(x) = <0, x>


因為g是入射的怎虫,故\aleph \leqslant K[A \times B]


因此K[A \times B] = \aleph


代數(shù)系統(tǒng)


閉運算

  • 對于集合A暑认,一個從A^nB的映射,稱為集合A上的一個n元運算大审,如果B \subseteq A蘸际,則稱該n元運算是封閉的(集合R上的運算的結(jié)果都是在原來的集合R中)

代數(shù)系統(tǒng)

  • 一個非空集合A連同若干個定義在該集合上的運算f_1, f_2, \cdots , f_k所組成的系統(tǒng)就稱為一個代數(shù)系統(tǒng),記作<A, f_1, f_2, \cdots, f_k>

二元運算


運算性質(zhì)


封閉性

  • 設(shè)*是定義在集合A上的一個二元運算徒扶,如果對于任意的x, y \in A粮彤,都有x * y \in A,則稱二元運算*A上是封閉的



    • 表中每個元素都屬于A

可交換性

  • 設(shè)*是定義在集合A上的一個二元運算,如果對于任意的x, y \in A导坟,都有x * y = y * x屿良,則稱該二元運算是可交換的


    • 表關(guān)于主對角線是對稱的

可結(jié)合性

  • 設(shè)*是定義在集合A上的一個二元運算,如果對于任意的x, y \in A惫周,都有(x * y) * z = x * (y * z)尘惧,則稱該二元運算*是可結(jié)合的

可分配性

  • 設(shè)*, \triangle是定義在集合A上的兩個二元運算,如果對于任意的x, y \in A闯两,都有

    x * (y \triangle z) = (x * y) \triangle (x * z)
    (y \triangle z) * x = (y * x) \triangle (z * x)
    則稱運算*對運算\triangle是可分配的


吸收律

  • 設(shè)*, \triangle是定義在集合A上的兩個二元運算褥伴,如果對于任意的x, y \in A,都有

    x * (x \triangle y) = x
    x \triangle (x * y) = x
    則稱運算*和運算\triangle滿足吸收律


等冪性

  • 設(shè)*是定義在集合A上的一個二元運算漾狼,如果對于任意的x \in A重慢,都有x * x = x,則稱運算*是等冪的


    • 運算表的主對角線上的每個元素與它所在的行(列)表頭元素相同

幺元

  • 左幺元:\exist e_l \in A逊躁,\forall x \in A都有e_l * x = x


  • 右幺元:\exist e_r \in A似踱,\forall x \in A都有x * e_r = x


  • 幺元:\exist e \in A\forall x \in A稽煤,有e * x = x * e = x


    • 設(shè)*是定義在集合A上的一個二元運算核芽,且在A中有關(guān)于運算*的左幺元e_l和右幺元e_r,則e_l = e_r = e酵熙,且A中的幺元是唯一的


  • 表中元素所對應(yīng)的行和列依次與運算表的行和列一致


零元

  • 左零元:\exist \theta_l \in A轧简,\forall x \in A都有\theta_l * x = \theta_l


  • 右幺元:\exist \theta_r \in A\forall x \in A都有x * \theta_r = \theta_r


  • 幺元:\exist \theta \in A匾二,\forall x \in A哮独,有\theta * x = x * \theta = \theta


    • 設(shè)*是定義在集合A上的一個二元運算,且在A中有關(guān)于運算*的左零元\theta_l和右零元\theta_r察藐,則\theta_l = \theta_r = \theta皮璧,且A中的零元是唯一的


  • 表中元素所對應(yīng)的行和列中的元素都與該元素相同


逆元

  • 左逆元:\exist b \in A\exist a \in A分飞,使得b * a = e


  • 右逆元:\exist b \in A铲敛,\exist a \in A叮叹,使得a * b = e


  • 逆元:\exist b \in A\exist a \in A绷旗,b既是a的右逆元又是a的左逆元


    • b = a^{-1}


  • 左右逆元不一定相等掸读、不一定唯一咆疗、不一定同時存在


  • 表中ab互逆舟误,當且僅當位于a所在行颠毙,b所在列的元素以及b所在行,a所在列的元素都是幺元



群的概念


群的定義


\{群\} \subset \{獨異點\} \subset \{半群\} \subset \{廣群\}


廣群

半群
  • 一個代數(shù)系統(tǒng)<S, *>晕换,其中S是非空集合,*S上的一個二元運算站宗,如果:


    1. 運算*封閉的


    1. 運算*可結(jié)合的闸准,即對任意的x, y, z \in S滿足

      (x * y) * z = x * (y * z)


      則稱代數(shù)系統(tǒng)<S, *>為半群


子半群
  • 設(shè)<S, *>是一個半群B \subseteq S*B上是封閉的梢灭,那么<B, *>也是一個半群夷家。通常稱<B, *>是半群<S, *>的子半群

獨異點
  • 含有幺元的半群稱為獨異點


    • 性質(zhì):


      • 設(shè)<S, *>是一個獨異點,則在關(guān)于運算*的運算表中任何兩行和兩列都是不相同的


      • 設(shè)<S, *>是獨異點敏释,對于任意a, b \in S库快,且a, b均有逆元,則


      • (a^{-1})^{-1} = a


      • a * b有逆元钥顽,且(a * b)^{-1} = b^{-1} * a^{-1}



有限群
  • 設(shè)<G, *>是一個。如果G是有限集奶浦,那么稱<G, *>為有限群

有限群的階數(shù)
  • 有限集G中元素的個數(shù)兄墅,記為|G|

無限群
  • 設(shè)<G, *>是一個群。如果G是無限集澳叉,那么稱<G, *>為無限群

等冪元
  • 代數(shù)系統(tǒng)<G, *>中隙咸,如果存在a \in G,有a * a = a耳高,則稱a為等冪元

子群
  • 設(shè)<G, *>是一個扎瓶,SG的一個非空子集,如果<S, *>也構(gòu)成群泌枪,則稱<S, *><G, *>的一個子群

阿貝爾群
  • 如果<G, *>中的運算*可交換的概荷,則該群為阿貝爾群,或稱交換群

循環(huán)群
  • 設(shè)<G, *>為群碌燕,若存在a \in G误证,使得G中的任意元素都由a的冪組成,則稱該群為循環(huán)群修壕,元素 a 稱為循環(huán)群G的生成元

左陪集
  • 設(shè)<H, *>是群<G, *>的一個子群愈捅,a \in G,則集合\{a\}H稱為由a所確定的HG中的左陪集

拉格朗日定理
  • 設(shè)<H, *>是有限群<G, *>的一個子群慈鸠,|G|=n蓝谨,|H|=m,則 m|n

群的性質(zhì)


  • 中不可能有零元


    • 零元\theta不存在逆元


  • 設(shè)<G, *>是一個群,對于a, b \in G譬巫,必存在唯一的x \in G咖楣,使得a * x = b


  • 消去律:設(shè)<G, *>是一個群,對于任意的a, b, c \in G芦昔,如果有a * b = a * c或者b * a = c * a诱贿,則必有b = c


  • <G, *>的運算表中的每一行或每一列都是G的元素的一個置換


  • 設(shè)<G, *>是一個群,BG的非空子集咕缎,如果B是一個有限集珠十,那么,只要運算*B封閉凭豪,<B, *>必定是<G, *>的子群


  • 設(shè)<G, \triangle>是群焙蹭,SG的非空子集,如果對于S中的任意元素 aba \triangle b^{-1} \in S墅诡,則<S, \triangle><G, \triangle>的子群


  • 群是阿貝爾群的充要條件:對任意的a, b \in G壳嚎,有(a * b) * (a * b) = (a * a) * (b * b)


  • 設(shè)<G, *>是一個由元素a \in G生成的有限循環(huán)群。如果|G| = n末早,則a^n = e烟馅,且G = \{a, a^2, a^3, \cdots, a^{n-1}, a^n=e\}

    • n為元素a的階


  • 群的積:設(shè)<G, *>是一個群,A, B \in \mathscr{P}(G)且 A \neq \varnothing, B \neq \varnothing, 記AB = \{a * b|a \in A, b \in B\}


  • 群的逆:A^{-1} = \{a^{-1}|a \in A \}


拉格朗日定理


  • 推論:


    1. 任何質(zhì)數(shù)階的群不可能有非平凡子群


    • 非平凡子群:<\{e\}, *>, <G, *>


    1. 有限群<G, *>中任何元素 a 的階可整除|G|然磷,進而有a^{|G|}=e


    1. 質(zhì)數(shù)階的群一定是循環(huán)群

陪集

  • 設(shè)<H, *>是群<G, *>子群郑趁,\forall a \in G


    • 左陪集:\{a\}H = \{a * h|h \in H\}稱為由a所確定的HG中的左陪集,簡稱為H關(guān)于a的左陪集記為aH


    • 右陪集:H\{a\} = \{h * a|h \in H\}稱為由a所確定的HG中的右陪集姿搜,簡稱為H關(guān)于a的右陪集記為Ha

同態(tài)與同構(gòu)


同態(tài)


同態(tài)
  • 設(shè)<A, *><B, \triangle>是兩個代數(shù)系統(tǒng)寡润,若


    1. f: A \rightarrow B是一函數(shù)


    1. \forall a, b \in A,有f(a*b) = f(a) \triangle f(b)


    則稱f<A, *><B, \triangle>到一個同態(tài)映射舅柜,簡稱同態(tài)


  • <A, *>同態(tài)于<B, \triangle>梭纹,記作A \sim B


  • <f(A), \triangle><A, *>到一個同態(tài)象


  • 先算后映 = 先映后算


    • 例:a \rightarrow a_1, b \rightarrow b_1 \Leftrightarrow a * b \rightarrow a_1 \triangle b_1

自同態(tài)
  • 設(shè)<A, *>是一個代數(shù)系統(tǒng),若f<A, *><A, *>的一個同態(tài)致份,則稱f自同態(tài)

滿同態(tài)
  • 設(shè)f<A, *><B, \triangle>的一個同態(tài)变抽,若fAB的滿射,則稱f<A, *><B, \triangle>滿同態(tài)(或同態(tài)滿射

單一同態(tài)
  • 設(shè)f<A, *><B, \triangle>的一個同態(tài)氮块,若fAB的入射(即單射)绍载,則稱f<A, *><B, \triangle>單一同態(tài)

同態(tài)核
  • 設(shè)f是群<G, *>到群<H, \triangle>的同態(tài),e_H<H, \triangle>的幺元滔蝉,稱 Ker(f) = \{x|x \in G \land f(x) = e_H\}為同態(tài)映射的击儡,簡稱同態(tài)核

同態(tài)的性質(zhì)
  • 設(shè)f是代數(shù)系統(tǒng)<A, *><B, \triangle>的同態(tài)映射


    • <A, *>半群,則<f(A), \triangle>也是半群



    • <A, *>阳谍,則<f(A), \triangle>也是群



  • 設(shè)f<G, *>到群<H, \triangle>的同態(tài),則<Ker(f), *>是群<G, *>子群边坤;若令K = Ker(f)名扛,則\forall a \in G, aK = Ka


同構(gòu)


同構(gòu)
  • 設(shè)f<A, *><B, \triangle>的一個同態(tài),若fAB的雙射(即一一映射)茧痒,則稱f<A, *><B, \triangle>同構(gòu)映射,并稱<A, *><B, \triangle>同構(gòu)


  • 記作A \cong B

自同構(gòu)
  • 設(shè)<A, *>是一個代數(shù)系統(tǒng)融蹂,若g<A, *><A, *>的一個同構(gòu)旺订,則稱g自同構(gòu)

同構(gòu)關(guān)系的性質(zhì)

證明:

  1. 自反性:


    \forall <A, *> \in G,作恒等映射f: A \rightarrow A超燃,f(a) = a区拳, a \in A



    f是雙射意乓,并且\forall a, b \in A有:


    f(a * b) = a * b = f(a) * f(b)


    所以樱调,<A, *> \cong <A, *>

  2. 對稱性:



    設(shè)代數(shù)系統(tǒng)<A, *> \cong <B, \triangle>



    則存在雙射f: A \rightarrow B届良,并且\forall a_1, a_2 \in A,有:


    f(a_1 * a_2) = f(a_1) \triangle f(a_2)


    所以,f^{-1}: B \rightarrow A 也是雙射泻仙,\forall b_1, b_2 \in B哈踱,\exist a_1, a_2 \in A,使得:


    f^{-1}(b_1) = a_1慢显,f^{-1}(b_2) = a_2爪模,即f(a_1) = b_1f(a_2) = b_2荚藻,故有:


    f^{-1}(b_1 \triangle b_2) = f^{-1}(f(a_1) \triangle f(a_2)) = f^{-1}(f(a_1 * a_2))


    因此屋灌,<B, \triangle> \cong <A, *>

  3. 傳遞性



    設(shè)<A, *> \cong <B, \triangle>, <B, \triangle> \cong <C, \oplus>


    則存在雙射f: A \rightarrow Bg: B \rightarrow C,故 g \circ f 也為雙射


    \forall a, b \in A有:


\begin{aligned} g \circ f(a * b) &= g(f(a * b)) \\\\ &= g(f(a) \triangle f(b)) \\\\ &= g(f(a)) \oplus g(f(b)) \\\\ &= g \circ f(a) \oplus g \circ f(b) \end{aligned}
所以应狱,<A, *> \cong <C, \oplus>



因此共郭,代數(shù)系統(tǒng)間的同構(gòu)關(guān)系是等價關(guān)系


同余


同余關(guān)系

同余類
  • 同余關(guān)系R將非空集合A劃分稱的等價類稱為同余類

同余與同態(tài)關(guān)系
  • 設(shè)<A, *>是一個代數(shù)系統(tǒng),RA上的同余關(guān)系.B = \{[a]|a \in A\}是由R誘導(dǎo)的一個劃分罐韩,則必存在同態(tài)映射f憾赁,使<B, \triangle><A, *>同態(tài)象


  • 推論:設(shè)f<A, *>到群<B, \triangle>的同態(tài)映射,e'B的幺元散吵,H = Ker(f)龙考,定義A上的二元關(guān)系R


    <a, b> \in R \Leftrightarrow f(a) = f(b)


    \forall x_1, x_2, y_1, y_2 \in G蟆肆,若x_1 H = y_1 H,則


    (x_1 * x_2)H = (y_1 * y_2)H

環(huán)與域


\{環(huán)\} \subseteq \{整環(huán)\} \subseteq \{域\}


環(huán)


環(huán)
  • 設(shè)<A, \triangle晦款, *>是代數(shù)系統(tǒng)炎功,若


    1. <A, \triangle>阿貝爾群


      • 封閉、可結(jié)合缓溅、幺元蛇损、逆元、交換律


    1. <A, *>半群


      • 封閉坛怪、可結(jié)合


    1. 乘法*對加法\triangle可分配淤齐,即\forall a, b, c \in A


      a*(b \triangle c) = a * b \triangle a * c


      (b \triangle c) = b * a \triangle c * a


      則稱<A, \triangle, *>是一個環(huán)


  • 稱第一個運算\triangle加法,并記為+


  • 稱第二個運算*乘法袜匿,并記為\cdot


  • 在環(huán)中


    • 加法幺元記為\theta


    • 加法逆元a^{-1}記為-a


    • a + (-b)記為a - b

環(huán)的性質(zhì)

設(shè)<A, +, \cdot>是環(huán)更啄,\forall a, b, c \in A


  1. 環(huán)的加法幺元必為乘法零元,即\theta \cdot a = a \cdot \theta = \theta


  1. (-a) \cdot b = a \cdot (-b) = -(a \cdot b)


  1. (-a) \cdot (-b) = a \cdot b


  1. a \cdot (b - c) = a \cdot b - a \cdot c


  1. (b - c) \cdot a = (b + (-c)) \cdot a = b \cdot a + (-c) \cdot a

零因子


零因子
  • 設(shè)<A, +, \cdot>是環(huán)居灯,若\exist a, b \in A, a \neq \theta, b \neq \theta祭务,使a \cdot b = \theta,則稱a, b零因子怪嫌,<A, +, \cdot>零因子環(huán)

無零因子
  • \forall a, b \in A, a \neq \theta, b \neq \theta义锥,必有a \cdot b = \theta


  • 無零因子的環(huán)稱為無零因子環(huán)


性質(zhì)

  • 環(huán)<A, +, \cdot>無零因子,當且僅當<A, \cdot>滿足消去律


    • \forall a, b, c \in A喇勋,若a \cdot b = a \cdot c缨该,a \neq \theta,必有b = c

整環(huán)


交換環(huán)
  • 給定環(huán)<A, +, \cdot>川背,若<A, \cdot>可交換贰拿,則稱<A, +, \cdot>為交換環(huán)

含幺環(huán)
  • 給定環(huán)<A, +, \cdot>,若<A, \cdot>含幺元熄云,則稱<A, +, \cdot>為含幺環(huán)

整環(huán)
  • 給定環(huán)<A, +, \cdot>膨更,若<A, \cdot>可交換、含幺元缴允、無零因子(或滿足消去律)荚守,則稱<A, +, \cdot>為整環(huán)


  • 整環(huán) = 環(huán) + 乘法幺元 + 乘法可交換 + 無零因子(或乘法消去律)


  • 設(shè)<A, +, \cdot>是代數(shù)系統(tǒng),若


    1. <A, +>阿貝爾群


    1. <A, \cdot>可交換獨異點练般,且無零因子(或滿足消去律)


    1. 運算\cdot+可分配


    則稱<A, +, \cdot>是一個整環(huán)




域與整環(huán)
整環(huán)
<A, \cdot>是可交換獨異點,且無零因子 <A - \{\theta\}, \cdot>是阿貝爾群


  • 域 = 整環(huán) + 除了零元外薄料,每個元素都有逆元


  • 域無零因子


  • 域一定是整環(huán)


  • 有限整環(huán)一定是域


兩個運算代數(shù)系統(tǒng)間的同態(tài)


同態(tài)映射
  • 設(shè)<A, +, \cdot><B, \oplus, \otimes>是兩個代數(shù)系統(tǒng)敞贡,若存在映射 f: A \rightarrow B 滿足:\forall a, b \in A,有

    1. f(a + b) = f(a) \oplus f(b)

    2. f(a \cdot b) = f(a) \otimes f(b)
      則稱f<A, +, \cdot><B, \oplus, \otimes>的一個同態(tài)映射摄职,并稱<f(A), \oplus, \otimes><A, +, \cdot>同態(tài)象

同態(tài)映射的性質(zhì)
  • 任一環(huán)的同態(tài)象是一個環(huán)


格的定義

  • 偏序<A, \preccurlyeq>中任意兩個元素a, b都有最小上界(LUB\{a, b\})最大下界(GLB\{a, b\})誊役,則稱<A, \preccurlyeq>


  • 通常記:a \lor b = LUB\{a, b\}, a \land b = GLB\{a, b\}

  • 由于最小上界获列、最大下界若存在則唯一,所以\lor蛔垢、\land是二元運算击孩,分別稱為并運算交運算

  • <A, \lor, \land>為由格<A, \preccurlyeq>誘導(dǎo)的代數(shù)系統(tǒng)

子格

  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是格,<A, \lor, \land>是由<A, \preccurlyeq>所誘導(dǎo)的代數(shù)系統(tǒng)鹏漆,設(shè)B \subseteq AB \neq \varnothing巩梢,若運算\lor\landB中封閉,則稱<B, \preccurlyeq><A, \preccurlyeq>的子格

格的對偶

  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是偏序集艺玲,用 表示偏序關(guān)系\preccurlyeq逆關(guān)系且改,則


    • <A, \succcurlyeq>也是偏序集


    • <A, \preccurlyeq><A, \succcurlyeq>的哈斯圖是互為顛倒的


    • <A, \preccurlyeq><A, \succcurlyeq>為彼此對偶的偏序集


    • <A, \preccurlyeq>是格,則<A, \succcurlyeq>也是格板驳,反之亦成立,稱這兩個格互為對偶


      • \forall a, b \in A碍拆,<A, \preccurlyeq>LUB\{a, b\}對應(yīng)于<A, \succcurlyeq>GLB\{a, b\}


      • \forall a, b \in A若治,<A, \preccurlyeq>GLB\{a, b\}對應(yīng)于<A, \succcurlyeq>LUB\{a, b\}

格的對偶原理

  • 設(shè)P是對任意格都為真的命題,將P中的\preccurlyeq, \lor, \land分別換成, \succcurlyeq, \land, \lor得命題P'感混,則P'對任意格也是真的命題

格的基本性質(zhì)

  1. 自反性



    a \preccurlyeq a, a \succcurlyeq a


  2. 反對稱性



    (a \preccurlyeq b) \land (b \preccurlyeq a) \Rightarrow a = b



    (a \succcurlyeq b)\land(b \succcurlyeq a) \Rightarrow a = b


  3. 傳遞性



    (a \preccurlyeq b) \land (b \preccurlyeq c) \Rightarrow a \preccurlyeq c



    (a \succcurlyeq b) \land (b \succcurlyeq c) \Rightarrow ac


  4. 確界描述一



    a \preccurlyeq a \lor b, b \preccurlyeq a \lor b



    a \land b \preccurlyeq a, a \land b \preccurlyeq b


  5. 確界描述二



    (a \preccurlyeq c) \land (b \preccurlyeq c) \Rightarrow a \lor b \preccurlyeq c



    (c \preccurlyeq a) \land (c \preccurlyeq b) \Rightarrow c \preccurlyeq a \land b


  6. 蓋住的等價



    a \preccurlyeq b \Leftrightarrow a \land b = a \Leftrightarrow a \lor b = b


  7. 交換律



    a \lor b = b \lor a, a \land b = b \land a


  8. 結(jié)合律



    (a \lor b) \lor c = a \lor (b \lor c)



    (a \land b) \land c = a \land (b \land c)


  9. 冪等律



    a \lor a = a, a \land a = a


  10. 吸收律



    a \lor (a \land b) = a



    a \land (a \lor b) = a


  11. a \preccurlyeq b, c \preccurlyeq d端幼,則



    a \lor c \preccurlyeq b \lor d



    a \land c \preccurlyeq b \land d


  12. 保序性



    b \preccurlyeq c,則



    a \lor b \preccurlyeq a \lor c



    a \land b \preccurlyeq a \land c


  13. 分配不等式



    a \lor (b \land c) \preccurlyeq (a \lor b) \land (a \lor c)


    (a \land b) \lor (a \land c) \preccurlyeq a \land (b \lor c)


  14. 模不等式



    a \preccurlyeq c \Leftrightarrow a \lor (b \land c) \preccurlyeq (a \lor b) \land c


  15. 推論:



    (a \land b) \lor (a \land c) \preccurlyeq a \land (b \lor (a \land c))



    a \lor (b \land (a \lor c)) \preccurlyeq (a \lor b) \land (a \lor c)


  16. 引理:若<A, \lor, \land>是一個代數(shù)系統(tǒng)弧满,其中\lor婆跑,\land都是二元運算且滿足吸收律,則\lor庭呜,\land必滿足冪等律


  17. 定理一:設(shè)<A, \lor, \land>是一個代數(shù)系統(tǒng)滑进,其中\lor\land都是二元運算且滿足交換律募谎,結(jié)合律和吸收律扶关,則A上存在偏序關(guān)系\preccurlyeq,使<A, \preccurlyeq>是一個格

格同態(tài)與格同構(gòu)


格同態(tài)

  • 設(shè)<A_1, \preccurlyeq_1>, <A_2, \preccurlyeq_2>是格数冬,它們所誘導(dǎo)的代數(shù)系統(tǒng)分別是<A_1, \lor_1, \land_1>, <A_2, \lor_2, \land_2>节槐,若存在映射f: A_1 \rightarrow A_2,對\forall a, b \in A_1拐纱,有:



    f(a \lor_1 b) = f(a) \lor_2 f(b)



    f(a \land_1 b) = f(a) \land_2 f(b)



    則稱f是從<A_1, \lor_1, \land_1><A_2, \lor_2, \land_2>格同態(tài)



    <f(A_1), \preccurlyeq_2><A, \preccurlyeq_1>格同態(tài)象

格同構(gòu)

  • f是雙射铜异,則稱f是從<A_1, \lor_1, \land_1><A_2, \lor_2, \land_2>格同構(gòu)


  • 也稱格<A, \preccurlyeq_1><A, \preccurlyeq_2>同構(gòu)


格同構(gòu)的性質(zhì)

  • 設(shè)f是格<A, \preccurlyeq_1><A, \preccurlyeq_2>的格同態(tài),\forall a, b \in A_1秸架,若a \preccurlyeq_1 b揍庄,必有f(a) \preccurlyeq_2 f(b)

    • 逆命題不成立


  • 設(shè)兩個格<A, \preccurlyeq_1><A, \preccurlyeq_2>fA_1A_2的雙射咕宿,則f是格<A, \preccurlyeq_1><A, \preccurlyeq_2>格同構(gòu)币绩,當且僅當



    \forall a, b \in A_1, a \preccurlyeq_1 b \Leftrightarrow f(a) \preccurlyeq_2 f(b)


分配格


分配格

  • 設(shè)<A, \lor, \land>是由格<A, \preccurlyeq>所誘導(dǎo)的代數(shù)系統(tǒng)蜡秽,若\forall x, y, z \in A,滿足



    x \land (y \lor z) = (x \land y) \lor (x \land z)



    x \lor (y \land z) = (x \lor y) \land (x \lor z)



    則稱<A, \preccurlyeq>分配格

分配格的性質(zhì)

  1. 若在一個格中交運算對并運算可分配缆镣,則并運算對交運算也一定可分配芽突,反之亦然


  1. 設(shè)<A, \preccurlyeq>是分配格,則\forall a, b, c \in A董瞻,有



    a \land c = b \land c 且 a \lor c = b \lor c \Rightarrow a = b

分配格的判定


  1. 定義



    x \land (y \lor z) = (x \land y) \lor (x \land z)



    x \lor (y \land z) = (x \lor y) \land (x \lor z)



    其一成立


  1. <A, \preccurlyeq>是分配格當且僅當A中不含與鉆石格五角格同構(gòu)的子格


  1. 分配格的子格必是分配格


  1. 每個鏈是分配格

模格


模格的定義

  • 設(shè)<A, \lor, \land>是由格<A, \preccurlyeq>所誘導(dǎo)的代數(shù)系統(tǒng)寞蚌,若\forall a, b, c \in A,當b \preccurlyeq a時钠糊,滿足



    a \land (b \lor c) = b \lor (a \land c)



    則稱<A, \preccurlyeq>模格

分配格與模格的關(guān)系


  • 分配格必是模格


    • 模格不一定是分配格

      • 例:鉆石格是模格但不是分配格

有界格


全下界
  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是格挟秤,若存在a \in A,對任意x \in Aa \preccurlyeq x抄伍,則稱a<A, \preccurlyeq>的全下界艘刚,記為0


    • 若存在必唯一

全上界
  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是格,若存在a \in A截珍,對任意x \in Ax \preccurlyeq a攀甚,則稱a<A, \preccurlyeq>的全上界,記為1


    • 若存在必唯一

有界格

有界格的性質(zhì)
  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>為有界格岗喉,則\forall a \in A



    a \lor 1 = 1, a \land 1 = a



    a \lor 0 = a, a \land 0 = 0


  • 在有界分配格中秋度,若某元素有補元,則必唯一

補元
  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是有界格钱床,a \in A荚斯,若 \exist b \in A,使



    a \lor b = 1, a \land b = 0



    則稱ba的補元


    • ab互為補元

有補格
  • 在一個有界格中查牌,如果每個元素至少有一個補元事期,則稱此格為有補格

布爾代數(shù)


布爾格

  • 若一個格既是有補格,又是分配格僧免,則此格稱為有補分配格刑赶,又稱布爾格


  • 布爾格中任一元素a的補元存在且唯一,記為\overline{a}

原子

  • 設(shè)格<A, \preccurlyeq>具有全下界0懂衩,若有元素a蓋住0颓哮,則稱元素a原子

布爾代數(shù)

  • 布爾格<A, \preccurlyeq>可以誘導(dǎo)一個代數(shù)系統(tǒng)<A, \lor, \land, \overline{\over}>驾凶,則此代數(shù)系統(tǒng)為布爾代數(shù)

布爾代數(shù)的性質(zhì)

  • 設(shè)a, b是布爾代數(shù)中任一兩個元素买雾,則


    • \overline{(\overline{a})} = a


    • \overline{(a \lor b)} = \overline{a} \land \overline犁跪


    • \overline{(a \land b)} = \overline{a} \lor \overline


  • 設(shè)<A, \preccurlyeq>是一個具有全下界0的有限格法希,若b \neq 0枷餐,則至少存在一個原子a,使a \preccurlyeq b

布爾代數(shù)的同構(gòu)

  • 設(shè)<A, \lor, \land, \overline{\over}><B, \lor, \land, \overline{\over}>是兩個布爾代數(shù)苫亦,則存在雙射f: A \rightarrow B滿足:\forall a, b \in A毛肋,有:


    1. f(a \lor b) = f(a) \lor f(b)


    2. f(a \land b) = f(a) \land f(b)


    3. f(\overline{a}) = \overline{f(a)}



      則稱<A, \lor, \land, \overline{\over}><B, \lor, \land, \overline{\over}>同構(gòu)

有限布爾代數(shù)


有限布爾代數(shù)

  • 具有有限個元素的布爾代數(shù)

有限布爾代數(shù)的結(jié)論

  1. 對任一正整數(shù)n怨咪,必存在含有2^n個元素的布爾代數(shù)



  1. 任一有限布爾代數(shù)的元素的個數(shù)必為2^nn為正整數(shù)



  1. 元素個數(shù)相同的布爾代數(shù)是同構(gòu)

有限布爾代數(shù)的引理

  1. 在布爾格中润匙,b \land \overline{c} = 0當且僅當b \preccurlyeq c



  1. 設(shè)<A, \lor, \land, \overline{\over}>是一個有限布爾代數(shù)诗眨,若b \in A,且b \neq 0孕讳,又設(shè)a_1, a_2, \cdots, a_kA中滿足a_j \preccurlyeq b(j = 1, 2, \cdots, k)的所有原子匠楚,則



    b = a_1 \lor a_2 \lor a_3 \cdots \lor a_k



  1. 設(shè)<A, \lor, \land, \overline{\over}>是一個有限布爾代數(shù),若b \in A厂财,且b \neq 0芋簿,又設(shè)a_1, a_2, \cdots, a_kA中滿足a_j \preccurlyeq b(j = 1, 2, \cdots, k)的所有原子,則



    b = a_1 \land a_2 \land a_3 \cdots \land a_k



    是將b表示為原子的的并的唯一形式



  1. 設(shè)<A, \preccurlyeq>布爾格璃饱,a為任意一個原子与斤,b \neq 0,則



    a \preccurlyeq ba \preccurlyeq \overline荚恶兩式中幽告,有且僅有一個成立

布爾表達式


布爾表達式

  • 設(shè)<A, \lor, \land, \overline{\over}>布爾代數(shù)


    1. A中任何元素(即布爾常元)是布爾表達式



    1. 任何布爾變元是布爾表達式



    1. e_1, e_2是布爾表達式,則\overline{e_1}, (e_1 \lor e_2), (e_1 \land e_2)都是布爾表達式



    1. 尤其僅有通過有限次地運用規(guī)則(2),(3)所構(gòu)造的符號串是布爾表達式

布爾常元

  • A中的元素

布爾變元

  • A為取值范圍的變元

n元布爾表達式

  • 一個含n格相異變元的布爾表達式裆甩,稱為n元布爾表達式,記作



    E(x_1, x_2, \cdots, x_n)



    其中x_1, x_2, \cdots, x_n布爾變元

布爾表達式的值

  • 設(shè)<A, \lor, \land, \overline{\over}>布爾代數(shù)齐唆,n元布爾表達式E(x_1, x_2, \cdots, x_n)的值是指:



    A中的布爾常元作為變元x_i的值來代替表達式中相應(yīng)的變元(即對變元賦值)嗤栓,從而計算得出表達式的值

布爾表達式的等價

  • 設(shè)E_1(x_1, x_2, \cdots, x_n)E_2(x_1, x_2, \cdots, x_n)布爾代數(shù)<A, \lor, \land, \overline{\over}>上的兩個n元布爾表達式,若對n格變元的任意賦值x_i = a_i, a_i \in A, i = 1, 2, \cdots, n均有



    E_1(a_1, a_2, \cdots, a_n) = E_2(a_1, a_2, \cdots, a_n)



    則稱布爾表達式E_1, E_2是等價的箍邮,記作:



    E_1(x_1, x_2, \cdots, x_n) = E_2(x_1, x_2, \cdots, x_n)

布爾表達式的小項


布爾函數(shù)


布爾函數(shù)


布爾函數(shù)的小項

  • 一個含有n個變元x_1, x_2, \cdots, x_n的布爾表達式锭弊,如果它有形式


    () \land () \land \cdots \land ()


    其中()x_i\overline{x_i}中的任一個堪澎,則我們稱這個布爾表達式為小項

布爾函數(shù)的大項

  • 一個含有n個變元x_1, x_2, \cdots, x_n的布爾表達式,如果它有形式


    () \lor () \lor \cdots \lor ()


    其中()x_i\overline{x_i}中的任一個味滞,則我們稱這個布爾表達式為大項

布爾函數(shù)的析取范式


析取范式

  • 形如m_0 \lor m_1 \lor \cdots \lor m_t的表達式稱為析取范式


  • 其中m_i表示小項

一般布爾代數(shù)上的析取范式

設(shè)E(x_1, x_2, \cdots, x_n)是布爾代數(shù)<A, \lor, \land, \overline{\over}>上任一布爾表達式樱蛤,若


布爾函數(shù)的合取范式

  • 形如M_0 \land M_1 \land \cdots \land M_t的表達式稱為合取范式


  • 其中M_i表示大項

圖論


相關(guān)概念及約定


  • 一個圖G是一個三元組<V(G), E(G), \varphi_G>,其中


    • V(G)是一個非空的結(jié)點集合

    • E(G)是邊集合

    • \varphi_G是從邊集合E(G)到結(jié)點無序偶(有序偶)集合上的函數(shù)

無向圖

  • 每條邊都是無向邊的圖

有向圖

  • 每條邊都是有向邊的圖

混合圖

  • 既有無向邊又有有向邊的圖

多重圖


零圖


平凡圖

  • 由一個孤立結(jié)點構(gòu)成的圖

簡單圖


完全圖

  • 簡單圖G = <V, E>中剑鞍,若每對結(jié)點之間均有邊相連昨凡,則稱該圖為完全圖


  • n個結(jié)點的無向完全圖記作K_n

    • 邊數(shù)為\frac{1}{2}n(n-1)

補圖

  • 由圖G所有結(jié)點和所有能使圖G稱為完全圖添加邊所組成的圖,稱為圖G相對于完全圖的補圖蚁署,或簡稱為G補圖便脊,記作\overline{G}


  • 設(shè)圖G_1 = <V_1, E_1>G = <V,E>的子圖,令G_2 = <V_2, E_2>光戈,如果

    • E_2 = E - E_1

    • V_2中僅包含E_2中的邊所關(guān)聯(lián)的結(jié)點


    則稱G_2為子圖G_1相對于G補圖


子圖

  • 給定圖G = <V, E>G_1 = <V_1, E_1>

    • 如果E_1 \subseteq E, V_1 \subseteq V哪痰,則稱G_1G子圖

    • 如果V_1 = V遂赠,即G_1包含G的所有結(jié)點,則稱G_1G生成子圖

連通圖

  • 只有一個連通分支的

圖的同構(gòu)

  • 給定圖G = <V, E>G' = <V', E'>晌杰,如果存在雙射g: V \rightarrow V'跷睦,且e = (v_i, v_j)G 的一條邊當且僅當 e' = (g(v_i), g(v_j))G' 的一條邊,則稱 G'G 同構(gòu)乎莉,記作G \backsimeq G'

兩圖同構(gòu)的必要條件

  • 結(jié)點數(shù)相同


  • 邊數(shù)相同


  • 對應(yīng)結(jié)點的度數(shù)相等

鄰接點

  • 若兩個結(jié)點與同一條邊相關(guān)聯(lián)送讲,則稱兩個結(jié)點是鄰接點

鄰接邊

  • 關(guān)聯(lián)于同一結(jié)點的兩條邊叫鄰接邊

端點

  • 設(shè)圖G = <V, E>, e_k= <v_i, v_j>惋啃,則v_i, v_je_k端點哼鬓,并稱e_kv_i, v_j相關(guān)聯(lián)

環(huán)

  • 關(guān)聯(lián)于同一結(jié)點的一條邊,稱為自回路環(huán)

孤立點

  • 不與任何結(jié)點相鄰的結(jié)點边灭,稱為孤立點

平行邊

  • 關(guān)聯(lián)于同一對結(jié)點的多條邊(有向邊應(yīng)同向)叫平行邊

度數(shù)

  • 在圖G = <V, E>中异希,與結(jié)點v相關(guān)聯(lián)的邊數(shù),叫該結(jié)點的度數(shù)绒瘦,記作deg(v)


  • \triangle (G) = max\{deg(v)|v \in V(G)\} 為圖 G最大度


  • \delta (G) = min\{deg(v)|v \in V(G)\} 為圖 G最小度


  • 每個環(huán)在其對應(yīng)的結(jié)點上称簿,度數(shù)增加2


  • 每個圖中,結(jié)點度數(shù)的總和等于邊數(shù)的 2 倍


    \sum_{v \in V} deg(v) = 2|E|

    • 任何圖中惰帽,度數(shù)為奇數(shù)的結(jié)點必為偶數(shù)個


  • 度數(shù)為入度和出度的總和

入度

  • 射入一個結(jié)點的邊數(shù)

出度

  • 由一個結(jié)點射出的邊數(shù)


  • 所有點出度之和等于入度之和

  • 給定圖G = <V, E>憨降,設(shè)v_0, v_1, v_2, \cdots, v_n \in Ve_1, e_2, \cdots, e_n \in E该酗,其中e_i是關(guān)聯(lián)結(jié)點v_{i - 1}的邊授药,點邊交替序列 v_0 e_1 v_1 e_2 v_2 \cdots e_n v_n 稱為聯(lián)結(jié) v_0v_n


  • v_0v_n 分別稱為該路的起點終點

回路


  • 各邊均不相同的

通路

  • 各結(jié)點均不相同的

  • 各結(jié)點均不相同的閉合通路

連通

  • 無向圖G中,如果從結(jié)點uv存在一條路呜魄,則稱結(jié)點u和結(jié)點v連通的

連通分支

  • 對無向圖G = <V, E>而言悔叽,結(jié)點集合V上的連通關(guān)系是等價關(guān)系. 該連通關(guān)系將結(jié)點集合作出一個劃分,每個劃分塊連同它們所關(guān)聯(lián)的邊稱為圖G的一個連通分支. 把圖G連通分支數(shù)記為W(G)

點割集

  • 設(shè)無向圖G = <V, E>中爵嗅,若有結(jié)點集V_1 \subset V娇澎,使圖G刪除了V_1的所有結(jié)點后所得的子圖不是連通的,而刪除了V_1的任一真子集后所得的子圖仍是連通的睹晒,則稱V_1是圖G點割集

割點

  • 如果某一個結(jié)點構(gòu)成一個點割集趟庄,則稱該結(jié)點為割點

連通性


連通度

  • 完全圖點連通度(簡稱連通度)定義為:k(G) = min\{|V_i| \mid V_i 是點割集\}


  • 連通度是為了產(chǎn)生一個不連通圖所要刪除結(jié)點的最少數(shù)目


    • 非連通圖的連通度為 0


    • 存在割點的連通圖的連通度為 1


    • 對于完全圖K_pk(K_p) = p - 1

邊割集

  • 設(shè)無向圖G = <V, E>連通圖伪很,若有邊集E_1 \subset E岔激,使圖G刪除了E_1中所有邊后所得的子圖是不連通的,而刪除了E_1的任一真子集后所得的子圖仍是連通的是掰,則稱E_1是圖G邊割集

割邊

  • 如果一條邊構(gòu)成一個邊割集虑鼎,則稱該邊為割邊(或

連通度

  • 非平凡圖G的邊連通度定義為:\lambda (G) = \min \{|E_1| \mid E_1 是邊割集\}

  • 非連通圖和平凡圖的邊連通度為 0

圖的直徑

  • D = \max \{d<u, v> \mid u, v \in G\}

    • 不可達記為∞

單側(cè)連通

  • 任何一對結(jié)點間,至少從一個結(jié)點到另一個結(jié)點可達

強連通

  • 圖中任何一對結(jié)點之間相互可達

弱連通

  • 圖中略去邊的方向后的無向圖是連通的

強分圖

  • 具有強連通性的最大子圖

單側(cè)分圖

  • 具有單側(cè)連通性的最大子圖

弱分圖

  • 具有弱連通性的最大子圖

矩陣表示


鄰接矩陣

  • 設(shè)G = <V, E> 是一個簡單圖,它有 n 個結(jié)點 V = \{v_1, v_2, \cdots, v_n\}炫彩,則 n 階方陣 A(G) = (a_{ij}) 稱為 G鄰接矩陣匾七,其中
    a_{ij} = \begin{cases} 1, v_i adj v_j \\\\ 0, v_i nadj v_j 或 i = j \end{cases}

鄰接矩陣的應(yīng)用

計算連結(jié) v_iv_j 的長度為 n 的路的數(shù)目

(A(G))^n 中第 i 行第 j 列元素 a^{(2)}_{ij}

n = 2 時,路徑為v_i \rightarrow v_k \rightarrow v_j

例如:k = 3 時江兢,a_{23}a_{31} = 1 \cdot 1昨忆,表示有路

n > 2 時,可視為:(a^{(3)}_{n \times n)}) = (A(G)) \cdot (A(G))^2


可達性矩陣

  • 設(shè) G = <V, E> 為簡單有向圖杉允,V= \{v_1, v_2, \cdots, v_n\}邑贴,定義一個 n \times n 矩陣 P = (p_{ij}),其中


p_{ij} = \begin{cases} 1, 從 v_i 到 v_j 至少存在一條路 \\\\ 0, 從 v_i 到 v_j 不存在路 \end{cases}


則稱 P 為圖 G可達性矩陣


完全關(guān)聯(lián)矩陣

  • 設(shè) G = <V, E> 為無向圖叔磷,V = \{v_1, v_2, \cdots, v_p\}拢驾,E = \{e_1, e_2, \cdots, e_q\},定義矩陣 M(G) = (m_{ij})_{p \times q}改基,其中


    m_{ij} = \begin{cases} 1, 若 v_i 關(guān)聯(lián)e_j \\\\ 0, 若v_i 不關(guān)聯(lián) e_j \end{cases}


    則稱 M(G) 為圖 G完全關(guān)聯(lián)矩陣


置換等價

  • 兩個矩陣可以通過交換行和列而相互得出


  • n 階布爾矩陣集合上的一個等價關(guān)系
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