目录
主要内容
有序对性质:
例1
笛卡儿积的性质
例2
A上重要关系的实例
例如
例3
关系的基本运算
例4
说明:
例5
关系运算的性质
注意:
例6
简单来说:
等价关系的定义与实例
例
例7
哈斯图:
特点:
例8
性质:
性质:
例9
主要内容
有序对与笛卡儿积二元关系的定义与表示法关系的运算关系的性质关系的闭包等价关系与划分偏序关系本章的概念特别多,一步一步慢慢来,很容易理解的
定义7.1 由两个元素 x 和 y,按照一定的顺序组成的二元组称为有序对,记作<x,y>
在下面,我称前面的x为第一位,后面的y为第二位
有序对性质:
(1) 有序性 < x , y > ≠ < y , x > (当 x ≠ y 时)(2) < x , y > 与 < u , v > 相等的充分必要条件是 < x , y >=< u , v > ⇔ x = u ∧ y = v即前一个数字跟另一个元素的前一个数字,后一个数字跟另一个元素的后一个数字一一对应
定义 7.2 设 A , B 为集合, A 与 B 的 笛卡儿积 记作 A × B ,且 A × B = {< x , y >| x ∈ A ∧ y ∈ B }A中元素分别与每个B中元素组合,即A×B,此时A中元素在第一位B×A则B中元素在第一位
例1
A ={1,2,3}, B ={ a , b , c }A × B ={<1, a >,<1, b >,<1, c >,<2, a >,<2, b >,<2, c >,<3, a >,<3, b >,<3, c >}B × A ={< a ,1>,< b ,1>,< c ,1>,< a ,2>,< b ,2>,< c ,2>,< a ,3>,< b ,3>,< c ,3>}A ={ ∅ }, B = ∅P ( A ) × A = {< ∅ , ∅ >, <{ ∅ }, ∅ >}P ( A ) × B = ∅
笛卡儿积的性质
(1) 不适合交换律A × B ≠ B × A ( A ≠ B , A ≠∅ , B ≠∅ ) 因为A×B和B×A,结果中每位元素的第一位分别是A中元素和B中元素(2) 不适合结合律( A × B ) × C ≠ A × ( B × C ) ( A ≠∅ , B ≠∅ , C ≠∅ )(3) 对于并或交运算满足分配律A × ( B ∪ C ) = ( A × B ) ∪ ( A × C ) ( B ∪ C ) × A = ( B × A ) ∪ ( C × A )A × ( B ∩ C ) = ( A × B ) ∩ ( A × C ) ( B ∩ C ) × A = ( B × A ) ∩ ( C × A )(4) 若 A 或 B 中有一个为空集,则 A × B 就是空集 .A ×∅ = ∅× B = ∅(5) 若 | A | = m , | B | = n , 则 | A × B | = mn 元素个数为A中元素个数×B中元素个数
定义7.3 如果一个集合满足以下条件之一:
(1) 集合非空 , 且它的元素都是有序对(2) 集合是空集则称该集合为一个 二元关系 , 简称为关系,记作 R如果 < x , y > ∈ R , 可记作 xRy ;如果 < x , y > ∉ R , 则记作 x y简单来说,两个集合中的元素x和y之间有某种关系,这种关系是自己定义的
定义7.4
设 A , B 为集合 , A × B 的任何子集所定义的二元关系叫做 从 A 到 B 的二元关系 , 当 A = B 时则叫做 A 上的二元关系
例2
A={0,1}, B={1,2,3}
那么 R1={<0,2>}, R2 =A×B, R3 =∅, R4={<0,1>}
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 是从 A 到 B 的二元关系对于R1,A×B中有<0,2>元素,所以为A×B的子集对于R2也是对于R3空集为任何集合子集对于R4,有<0,1>元素,A中有0,B中有1R 3 和 R 4 也是 A 上的二元关系因为R3为空集,空集为所有集合上的空关系,A中有0,1,所以A中元素和A中元素可以组成<0,1>,R4为A×A的子集计数 :| A |= n , | A × A |= n 2 , A × A 的子集有个 . 所以 A 上有 个不同的二元关系例如| A | = 3, 则 A 上有 =512 个不同的二元关系
A上重要关系的实例
定义7.5 设 A 为集合
(1) ∅ 是 A 上的关系,称为 空关系(2)全域关系 E A = {< x , y >| x ∈ A ∧ y ∈ A } = A × A恒等关系 I A = {< x , x >| x ∈ A }小于等于关系 L A = {< x , y >| x , y ∈ A ∧ x ≤ y }, A 为实数子集整除关系 D B = {< x , y >| x , y ∈ B ∧ x 整除 y }, A 为非 0 整数子集包含关系 R ⊆ = {< x , y >| x , y ∈ A ∧ x ⊆ y }, A 是集合族注意:对于整除x整除y则,y/x为整数
例如
对于A={1, 2}
则
E A = {<1,1>,<1,2>,<2,1>,<2,2>}I A = {<1,1>,<2,2>}对于A = {1, 2, 3}, B ={ a , b }则L A = {<1,1>,<1,2>,<1,3>,<2,2>,<2,3>,<3,3>}D A = {<1,1>,<1,2>,<1,3>,<2,2>,<3,3>}对于A = P ( B ) = { ∅ ,{ a },{ b },{ a , b }}则A 上的包含关系是R ⊆ = {< ∅ , ∅ >,< ∅ ,{ a }>,< ∅ ,{ b }>,< ∅ ,{ a , b }>,<{ a },{ a }>, <{ a },{ a , b }>,<{ b },{ b }>,<{ b },{ a , b }>,<{ a , b },{ a , b}>}类似的还可以定义:大于等于关系 , 小于关系 , 大于关系 , 真包含关系等
关系矩阵
若 A ={ x 1 , x 2 , …, x m } , B ={ y 1 , y 2 , …, y n } , R 是从 A 到 B 的 关系, R 的关系矩阵是布尔矩阵 M R = [ r ij ] m × n , 其中 r ij = 1 ⇔ < x i , y j > ∈ R关系图若 A = { x 1 , x 2 , …, x m } , R 是从 A 上的关系, R 的关系图是 G R =< A , R >, 其中 A 为结点集, R 为边集 . 如果 < x i , x j > 属于 关系 R ,在图中就有一条从 x i 到 x j 的有向边 .
例3
A ={1,2,3,4} A为结点R ={<1,1>,<1,2>,<2,3>,<2,4>,<4,2>}R 的关系矩阵 M R 和关系图 G R 如下:对于关系矩阵,R中有五个元素,每个元素第一位对应行,二位对应列对于关系图,R中元素第一位对应起点,第二位对应终点
关系的基本运算
定义 7.6 关系的 定义域 、 值域 与 域 分别定义为dom R = { x | ∃ y (< x , y > ∈ R) } 元素的第一位数字并在一起的集合ran R = { y | ∃ x (< x , y > ∈R) } 元素的第二位数字并在一起的集合fld R = dom R ∪ ranR 元素的第一位和第二位数字并在一起的集合例4 R={<1,2>,<1,3>,<2,4>,<4,3>}
则dom R ={1, 2, 4}ran R ={2, 3, 4}fld R ={1, 2, 3, 4}
定义7.7 关系的逆运算
= { < y , x > | < x , y > ∈ R }定义 7.8 关系的 合成 运算R ° S = { < x , z > | ∃ y (< x , y > ∈ R ∧ < y , z > ∈ S )简单来说,逆运算中每位元素第一位和第二位交换位置合成运算中,例如有A集合中有<1,2>B集合有<2,3>则得出的集合有A °B中有<1,3>要A中的第二位与B中第一位相等,则A中第一位与B中第二位组成一个元素
例4
R = {<1,2>, <2,3>, <1,4>, <2,2>}S = {<1,1>, <1,3>, <2,3>, <3,2>, <3,3>}= {<2,1>, <3,2>, <4,1>, <2,2>}R ° S = {<1,3>, <2,2>, <2,3>}S ° R = {<1,2>, <1,4>, <3,2>, <3,3>}多看几个例题便于理解
定义7.9 设R为二元关系, A是集合
(1) R 在 A 上的 限制 记作 R ↾ A , 其中 R ↾ A = { < x , y > | xRy ∧ x ∈ A }(2) A 在 R 下的 像 记作 R [ A ], 其中 R [ A ]=ran( R ↾ A )这个比较难理解,简单来说限制就是第一位必须为A集合的元素像的意思是限制后的值域,即第一位为A集合的元素,然后第二位数字的并集
说明:
R 在 A 上的限制 R ↾ A 是 R 的子关系,即 R ↾ A ⊆ RA 在 R 下的像 R [ A ] 是 ran R 的子集,即 R [ A ] ⊆ ran R
例5
设 R ={<1,2>,<1,3>,<2,2>,<2,4>,<3,2>}则R ↾ {1} = {<1,2>,<1,3>}R ↾ ∅ = ∅R ↾ {2,3} = {<2,2>,<2,4>,<3,2>}R [{1}] = {2,3}R [ ∅ ] = ∅R [{3}] = {2}
关系运算的性质
定理有点多,依据我上面的解释,自己想一下就明白了
定理7.1 设F是任意的关系, 则
(1) =F(2) = ran F, = dom F定理7.2 设F, G, H是任意的关系, 则
(1) ( F ° G ) ° H = F ° ( G ° H )(2)= °定理7.3 设R为A上的关系, 则
R ° I A = I A ° R = R定理 7.4(1) F ° ( G ∪ H ) = F ° G ∪ F ° H(2) ( G ∪ H ) ° F = G ° F ∪ H ° F(3) F ° ( G ∩ H ) ⊆ F ° G ∩ F ° H(4) ( G ∩ H ) ° F ⊆ G ° F ∩ H ° F定理 7.4 的结论可以推广到有限多个关系R ° ( R 1 ∪ R 2 ∪ … ∪ R n ) = R ° R 1 ∪ R ° R 2 ∪ … ∪ R ° R n( R 1 ∪ R 2 ∪ … ∪ R n ) ° R = R 1 ° R ∪ R 2 ° R ∪ … ∪ R n ° RR ° ( R 1 ∩ R 2 ∩ … ∩ R n ) ⊆ R ° R 1 ∩ R ° R 2 ∩ … ∩ R ° R n( R 1 ∩ R 2 ∩ … ∩ R n ) ° R ⊆ R 1 ° R ∩ R 2 ° R ∩ … ∩ R n ° R定理 7.5 设 F 为关系 , A , B 为集合 , 则(1) F ↾ ( A ∪ B ) = F ↾ A ∪ F ↾ B(2) F [ A ∪ B ] = F [ A ] ∪ F [ B ](3) F ↾ ( A ∩ B ) = F ↾ A ∩ F ↾ B(4) F [ A ∩ B ] ⊆ F [ A ]∩ F [ B ]
定义 7.10设 R 为 A 上的关系 , n 为自然数 , 则 R 的 n 次幂 定义为:(1) = { < x , x > | x ∈ A } = I A(2) = ° R注意:
对于 A 上的任何关系 R 1 和 R 2 都有 == I A对于 A 上的任何关系 R 都有 = R
例6
设A = {a,b,c,d}, R = {<a,b>,<b,a>,<b,c>,<c,d>}
求 R 的各次幂 , 分别用矩阵和关系图表示R与的关系矩阵分别是
定理 7.6 设 A 为 n 元集 , R 是 A 上的关系 , 则存在自然数 s 和 t , 使得 =定理 7.7 设 R 是 A 上的关系 , m , n ∈ N, 则(1) ° =(2) =
定义 7.11 设 R 为 A 上的关系 ,(1) 若 ∀ x ( x ∈ A →< x , x > ∈ R ), 则称 R 在 A 上是 自反 的(2) 若 ∀ x ( x ∈ A →< x , x > ∉ R ), 则称 R 在 A 上是 反自反 的
定义7.12 设 R 为 A上的关系,
(1) 若 ∀ x ∀ y ( x , y ∈ A ∧ < x , y > ∈ R →< y , x > ∈ R ), 则称 R 为 A 上 对 称 的关系 .(2) 若 ∀ x ∀ y ( x , y ∈ A ∧ < x , y > ∈ R ∧ < y , x > ∈ R → x = y ), 则称 R 为 A 上的 反对称 关系
定义7.13 设R为A上的关系, 若∀x∀y∀z(x,y,z∈A∧<x,y>∈R∧<y,z>∈R→<x,z>∈R), 则称 R 是A上的传递关系
定理 7.8 设 R 为 A 上的关系 , 则(1) R 在 A 上自反当且仅当 I A ⊆ R(2) R 在 A 上反自反当且仅当 R ∩ I A = ∅(3) R 在 A上对称当且仅当 R=(4) R 在 A 上反对称当且仅当 R∩ ⊆ I A(5) R 在 A 上传递当且仅当 R ° R ⊆ R
简单来说:
自反:每个元素的第一位和第二位相同
反自:每个元素的第一位和第二位不相同
对称:每个元素交换第一位和第二位,都能得到另一个元素也在这个集合
反对称:每个元素交换第一位和第二位,都能得到另一个元素也在这个集合,并且第一位等于第二位
传递:相当于A°B,即集合中两个元素的第二位和第一位相同可以得出,第一位和第二位的组合也在这个集合
<1,2><2,3>—><1,3>
定义7.14 设R是非空集合A上的关系, R的自反(对称或传递)闭包是A上的关系R′ , 使得R′满足以下条件:
(1) R ′ 是自反的 ( 对称的或传递的 )(2) R ⊆ R ′(3) 对 A 上任何包含 R 的自反 ( 对称或传递 ) 关系 R ′′ 有 R ′⊆ R ′′R 的自反闭包记作 r ( R ), 对称闭包记作 s ( R ), 传递闭包记作 t ( R )
定理 7.9 设 R 为 A 上的关系 , 则有(1) r ( R )= R ∪(2) s ( R )= R ∪(3) t ( R )= R ∪ R 2 ∪ R 3 ∪ …结合这个定理,看定义7.14就很简单
定理7.10 设R是非空集合A上的关系
则
(1) R 是自反的当且仅当 r ( R )= R .(2) R 是对称的当且仅当 s ( R )= R .(3) R 是传递的当且仅当 t ( R )= R定理 7.11 设 R 1 和 R 2 是非空集合 A 上的关系 , 且 R 1 ⊆ R 2则(1) r ( R 1 ) ⊆ r ( R 2 )(2) s ( R 1 ) ⊆ s ( R 2 )(3) t ( R 1 ) ⊆ t ( R 2 )定理 7.12 设 R 是非空集合 A 上的关系(1) 若 R 是自反的 , 则 s ( R ) 与 t ( R ) 也是自反的(2) 若 R 是对称的 , 则 r ( R ) 与 t ( R ) 也是对称的(3) 若 R 是传递的 , 则 r ( R ) 是传递的
等价关系的定义与实例
定义 7.15 设 R 为非空集合上的关系 . 如果 R 是自反的、对称的和 传递的 , 则称 R 为 A 上的 等价关系 . 设 R 是一个等价关系 , 若 < x , y > ∈ R , 称 x 等价于 y , 记做 x ~ y
例
设 A ={1,2,…,8}, 如下定义 A 上的关系 R :R ={< x , y >| x , y ∈ A ∧ x ≡ y (mod 3)}其中 x ≡ y (mod 3) 叫做 x 与 y 模 3 相等 , 即 x 除以 3 的余数与 y 除以 3 的余数相等 . 不难验证 R 为 A 上的等价关系 , 因为(1) ∀ x ∈ A , 有 x ≡ x (mod 3)(2) ∀ x , y ∈ A , 若 x ≡ y (mod 3), 则有 y ≡ x (mod 3)(3) ∀ x , y , z ∈ A , 若 x ≡ y (mod 3), y ≡ z (mod 3), 则有 x ≡ z (mod 3)
定义 7.16 设 R 为非空集合 A 上的等价关系 , ∀ x ∈ A ,令 [ x ] R = { y | y ∈ A ∧ xRy }称 [ x ] R 为 x 关于 R 的等价类 , 简称为 x 的 等价类 , 简记为 [ x ] 或例
A ={1, 2, … , 8} 上模 3 等价关系的等价类:[1] = [4] = [7] = {1, 4, 7}[2] = [5] = [8] = {2, 5, 8}[3] = [6] = {3, 6}意思是用集合中一个元素代表一个集合,这样的集合都是等价的
定义 7.17 设 R 为非空集合 A 上的等价关系 , 以 R 的所有等价 类作为元素的集合称为 A 关于 R 的 商集 , 记做 A / R, A / R = {[ x ] R | x ∈ A }例
设 A ={1,2,…,8} , A 关于模 3 等价关系 R 的商集为A/R = {{1,4,7}, {2,5,8}, {3,6}}A 关于恒等关系和全域关系的商集为:A/I A = {{1}, {2}, …, {8}}A/E A = {{1,2,…,8}}
定义 7.18 设 A 为非空集合 , 若 A 的子集族 π ( π ⊆ P ( A )) 满足 :(1) ∅ ∉ π(2) ∀ x ∀ y ( x , y ∈ π ∧ x ≠ y → x ∩ y = ∅ )(3) ∪ π = A则称π是A的一个划分, 称π中的元素为A的划分块
例7
设 A={ a, b, c, d }, 给定 π1, π2, π3, π4, π5, π6如下:
π 1 ={{ a , b , c },{ d }}π 2 ={{ a , b }, { c }, { d }}π 3 ={{ a }, { a , b , c , d }}π 4 ={{ a , b }, { c }}π 5 ={ ∅ ,{ a , b }, { c , d }}π 6 ={{ a , { a }}, { b , c , d }}则 π 1 和 π 2 是 A 的划分 , 其他都不是 A 的划分 .对于划分,集合中的所有元素并在一起必须包含A的所有元素,并且每个元素都没有相同的元素
定义 7.19偏序关系 :非空集合 A 上的自反、反对称和传递的关系, 记作 ≼ . 设 ≼ 为偏序关系 , 如果 < x , y > ∈ ≼ , 则记作 x ≼ y , 读作 x “ 小于或等于” y
定义7.20 设 R 为非空集合A上的偏序关系,
(1) x , y ∈ A , x 与 y 可比 ⇔ x ≼ y ∨ y ≼ x(2) 任取元素 x 和 y , 可能有下述几种情况发生:x ≺ y ( 或 y ≺ x ), x = y , x 与 y 不是可比的
定义 7.21 R 为非空集合 A 上的偏序关系 ,∀ x , y ∈ A , x 与 y 都是可比的,则称 R 为 全序 (或线序)
定义 7.22 x , y ∈ A , 如果 x ≺ y 且不存在 z ∈ A 使得 x ≺ z ≺ y , 则称 y 覆盖 x类似不满足传递性
定义7.23 集合A和A上的偏序关系≼一起叫做偏序集, 记作<A,≼>.
哈斯图:
利用偏序关系的自反、反对称、传递性进行简化的 关系图与偏序关系区分特点:
(1) 每个结点没有环(2) 两个连通的结点之间的序关系通过结点位置的高低表 示,位置低的元素的顺序在前(3) 具有覆盖关系的两个结点之间连边 区分
例8
偏序集<{1,2,3,4,5,6,7,8,9}, R整除>和<P({a,b,c}),R⊆ >的哈斯图
定义 7.24 设 < A , ≼ > 为偏序集 , B ⊆ A , y ∈ B(1) 若 ∀ x ( x ∈ B → y ≼ x ) 成立 , 则称 y 为 B 的 最小元(2) 若 ∀ x ( x ∈ B → x ≼ y ) 成立 , 则称 y 为 B 的 最大元(3) 若 ∀ x ( x ∈ B ∧ x ≼ y → x = y ) 成立 , 则称 y 为 B 的 极小元(4) 若 ∀ x ( x ∈ B ∧ y ≼ x → x = y ) 成立 , 则称 y 为 B 的 极大元
性质:
(1) 对于有穷集,极小元和极大元一定存在,可能存在多个(2) 最小元和最大元不一定存在,如果存在一定唯一(3) 最小元一定是极小元,最大元一定是极大元(4) 孤立结点既是极小元,也是极大元
定义 7.25 设 < A , ≼ > 为偏序集 , B ⊆ A , y ∈ A(1) 若 ∀ x ( x ∈ B → x ≼ y ) 成立 , 则称 y 为 B 的 上界(2) 若 ∀ x ( x ∈ B → y ≼ x ) 成立 , 则称 y 为 B 的 下界(3) 令 C = { y | y 为 B 的上界 }, C 的最小元为 B 的 最小上界 或 上确界(4) 令 D = { y | y 为 B 的下界 }, D 的最大元为 B 的 最大下界 或 下确界
性质:
(1) 下界、上界、下确界、上确界不一定存在(2) 下界、上界存在不一定惟一(3) 下确界、上确界如果存在,则惟一(4) 集合的最小元是其下确界,最大元是其上确界;反之不对
例9
A={1,2,…,12},≼w为整除关系,B={x|x∈A∧2≤x≤4}在偏序集中求B的上界、下界、最小上界和最大下界
解
上界和最小上界是12
因为B={2,3,4}
上界为无论x是多少都有x整除y的元素
12/2
12/3
12/4
都为整数
下界和最大下界是1
下界为无论x是多少都有y整除x的元素
2/1
3/1
4/1
都为整数