偏序关系







{x,y,z}的子集的集合按包含排序的哈斯圖


偏序集合英语:Partially ordered set,简写poset)是数学中,特别是序理论中,指配备了部分排序关系的集合。
这个理論將排序、顺序或排列这个集合的元素的直觉概念抽象化。这种排序不必然需要是全部的,就是说不必要保证此集合内的所有对象的相互可比较性。部分排序集合定义了部分排拓扑。




目录






  • 1 定义


    • 1.1 非严格偏序,自反偏序


    • 1.2 严格偏序,反自反偏序


    • 1.3 偏序


    • 1.4 偏序集与序对偶


    • 1.5 完全性




  • 2 例子


  • 3 线性扩展


  • 4 参见


  • 5 引用





定义



非严格偏序,自反偏序


给定集合S,“≤”是S上的二元关系,若“≤”满足:




  1. 自反性:∀a∈S,有a≤a;


  2. 反对称性:∀a,b∈S,a≤b且b≤a,则a=b;


  3. 传递性:∀a,b,c∈S,a≤b且b≤c,则a≤c;


则称“≤”是S上的非严格偏序自反偏序



严格偏序,反自反偏序


给定集合S,“<”是S上的二元关系,若“<”满足:




  1. 反自反性:∀a∈S,有a≮a;


  2. 非对称性:∀a,b∈S,a<b ⇒ b≮a;


  3. 传递性:∀a,b,c∈S,a<b且b<c,则a<c;


则称“<”是S上的严格偏序反自反偏序


严格偏序与有向无环图(dag)有直接的对应关系。一个集合上的严格偏序的关系图就是一个有向无环图。其传递闭包是它自己。



偏序


容易证明以下结论:



  • 给定集合S上的一个(非严格,自反)偏序「≤」,则可自然地诱导出S上的一个(严格,反自反)偏序「<」,只需如此定义:a < b,如果 a ≤ b 且 a ≠ b。

  • 给定集合S上的一个(严格,反自反)偏序「<」,则可自然地诱导出S上的一个(非严格,自反)偏序「≤」,只需如此定义:a ≤ b,如果 a < b 或 a = b。

  • 给定集合S上的一个(非严格,自反)偏序「≤」,其逆关系「≥」也是S上的一个(非严格,自反)偏序;

  • 给定集合S上的一个(严格,反自反)偏序「<」,其逆关系「>」也是S上的一个(严格,反自反)偏序;


由上述可知,只要定义了「≤」、「<」、「≥」、「>」中的任何一个,其余三个关系的定义可以自然诱导而出,这四种关系实际上可以看成一体。故此在不严格区分的情况下,只需定义其一即可(通常是「≤」),称之为集合S上的偏序关系。(“偏序关系”通常被用来称呼非严格偏序关系。)


  • (非严格,自反)偏序和(严格,反自反)偏序之间的对应关系不同于在(非严格)弱序和严格弱序直接的对应(逆关系的补集)。只有对于全序这些对应才是相同的。


偏序集与序对偶


若集合S上定义了一个偏序,则S称为偏序集poset);若将其上的偏序关系改为其逆关系,得到的新偏序集S'称为S的序对偶


虽然通常术语“有序集”用来称呼全序集,但当上下文中不涉及其他序关系时,“有序集”也可用于称呼偏序集。



完全性



例子


下面是一些主要的例子:



  • 自然数的集合配备了它的自然次序(小于等于关系)。这个偏序是全序。


  • 整数的集合配备了它的自然次序。这个偏序是全序。

  • 自然数的集合的有限子集{1, 2, ..., n}。这个偏序是全序。

  • 自然数的集合配备了整除关系。

  • 给定集合的子集的集合(它的幂集)按包含排序。


  • 向量空间的子空间的集合按包含来排序。

一般的说偏序集合的两个元素xy可以处于四个相互排斥的关联中任何一个:要么x < y,要么x = y,要么x > y,要么xy是“不可比较”的(三个都不是)。全序集合是用规则排除第四种可能的集合:所有元素对都是可比较的,并且声称三分法成立。自然数、整数、有理数和实数都关于它们代数(有符号)大小是全序的,而复数不是。这不是说复数不能全序排序;比如我们可以按词典次序排序它们,通过x+iy < u+iv当且仅当x < u或(x = uy < v),但是这种排序没有合理的大小意义因为它使得1大于100i。按绝对大小排序它们产生在其中所有对都是可比较的预序,但这不是偏序因为1和i有相同的绝对大小但却不相等,违反了反对称性。



线性扩展


全序T是偏序P线性扩展,只要xyP中成立则xyT中也成立。在计算机科学中,找到偏序的线性扩展的算法叫做拓扑排序。



参见



  • 二元关系

  • 全序关系

  • 预序关系



引用


  • J. V. Deshpande, On Continuity of a Partial Order, Proceedings of the American Mathematical Society, Vol. 19, No. 2, 1968, pp. 383-386



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