离散数学:格

07-格与布尔代数 - Dreamsrj - 博客园

格及其判定

偏序集 (P, ≤)

  • 反身性:∀a∈P, a≤a
  • 反对称:a≤b且b≤a ⇒ a=b
  • 传递性:a≤b且b≤c ⇒ a≤c

格 (L, ∧, ∨)

  • 定义:对任意a,b∈L, 最小上界a∨b和最大下界a∧b均存在
  • 最小上界:满足大于等于他们俩的最近的一个元素
  • 最大下界:满足小于等于他们俩的最近的一个元素
  • 等价公理:交换律、结合律、吸收律
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  • 如图右下角 ,e和f之间没有最小上界,因此不是格
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  • ec无法找出。df无法找出
  • 幂集(所有子集构成的集合)上的包含关系是格
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格的判定技巧:最底层/最上层的两个元素之间完全没关系因此不可比较。存在多个上界或者多个下界。

子格、格同态

子格

  • H⊆L, 若(H,∨,∧)满足格的封闭性和公理,即为子格
  • 格L的非空子集S构成L的子格的条件:H对L的∨,∧运算封闭 在原格中做运算的结果还在 H里面,那么就是封闭的
  • 分配性可以继承,但是有补性不一定(有补性跟元素相关,少了一个元素可能就没有对应的补元了)

格同态

  • 存在双射f:L→M, 满足f(a∨b)=f(a)∨f(b), f(a∧b)=f(a)∧f(b)

有补格

有界格:格(L, ∧, ∨,O,I)

  1. 格的全上界:对任意元素x,这个元素I都满足x<=I
  2. 格的全下界:对任意元素x,这个元素O都满足b<=O

元素a的补元:有界格中,如果存在 b∈L,使得a和b的最大下界是0(全下界),a和b的最小上界是1(全上界)那么b为a的补元。因此8和1互为补元,24没有补元

要么是全上界和全下界互为补元,要么是中间平行的这几个互为补元。

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有补格:每个元素都有至少一个补元。

分配格

分配格:格的 ∧, ∨满足分配律。、密集、命题格都是分配格

  • 判别:不存在钻石格或者五角格同构的子格
  • 四个元素及以下的都是分配格
  • 五个元素,除了五角格和钻石格,其他都是分配格
  • 性质:支持消去律
  • imgL1,L2L1,L2是分配格, L3(钻石格),L4(五角格)L3(钻石格),L4(五角格)不是分配格。
  • img上述都不是分配格。 它们是钻石格或五角格的子格。

布尔代数

布尔代数(布尔格):如果有补格的∧, ∨满足分配律,那么他就是一个布尔格(布尔代数)每个元素有且只有唯一的一个补元

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(2)两个元素的最小上界是全下界0,那么他们都是0。 由此可知 a和b’互为补元 b就是a

性质:

  • 双重性:任何布尔恒等式对偶仍成立

  • Stone表征定理:每个布尔代数同构于某个集合代数的幂集(P(X), ∪, ∩, ᶜ)

模格

  • x∨(y∧z)=(x∨y)∧z
  • 所有分配格都是模格,反过来不一定。

对偶格:把一个格中的“$\vee$”和“$\wedge$”运算、以及“$\leq$”和“$\geq$”关系全部反向,得到的新格。它是从原格“逆向”得到的结构。

  1. 判定题:给出下列偏序集,判断是否构成格,并说明理由。
    a. (所有自然数N, 整除关系) b. (P({1,2,3}), ⊆)
  2. 等式证明:在任意格中证明:
    a. (a∨b)∧(a∨c) = a∨(b∧c)
    b. a∧(b∨c) ≥ (a∧b)∨(a∧c)
  3. 子格判别:设L是格,H={x∈L | x≥a},证明H是L的子格
  4. 特殊格判别:给定有界格, 判断其是否为:
    a. 分配格 b. 补格 c. 布尔格
  5. 有限布尔代数:列出所有阶为4的布尔代数,并验证它们满足补元律

  1. 判定题
    a. (N,|) 的上确界 gcd(m,n) 存在,下确界 lcm(m,n) 存在 ⇒ 是格
    b. (P(X),⊆) 的∧=交集、∨=并集 ⇒ 是格
  2. 等式证明
    a. 左边 = (a∨b)∧(a∨c) = a∨(b∧c) (分配律)
    b. 由吸收律和分配可得 ≥ 方向
  3. 子格判别
    • H封闭:若x,y≥a,则x∨y≥a, x∧y≥a
    • 满足格公理
  4. 特殊格判别
    • 分配:验证分配律是否在格中成立
    • 补格:对每个元素检查是否存在补元
    • 布尔格:同时满足上述两条
  5. 阶4布尔代数
    • 同构于P({1,2}),元素{∅,{1},{2},{1,2}},补元为集合补集