形式陈述
把向量空间放在一张图的顶点上、把线性映射放在箭头上以后,怎样判断两套数据只是换了基?箭图 采用有向图条目的多重图约定公理库有向图Directed graph · Digraph以顶点有序对为弧、能够保留连接方向的有限简单图结构。,允许平行箭和环: 为顶点集, 为箭头集, 给出起点和终点。本文取有限箭图。
一个有限维 -表示 指定每个顶点的有限维空间 ,以及每条箭 上的线性映射公理库线性映射Linear map · Linear transformation保持向量加法和标量乘法的函数。 。
表示同态 是一族线性映射 ,对每条箭满足
如果每个 都可逆,它就是表示同构。维数向量 记录各顶点维数;它不记录箭头映射,通常不能决定同构类型。
直觉
箭图表示是一套相互连接的线性空间。改变某个顶点的坐标,会同时影响所有进出该顶点的箭头。因此不能对每条箭独立化简,化简时必须维护共享顶点的同一套坐标。
式 (1) 是两条处理路线的相等:先沿原箭头走再换坐标,与先换坐标再沿新箭头走,必须得到同一向量。选择各顶点基后,它成为协同换基公理库换基与坐标变换Change of basis · Coordinate transformation用可逆过渡矩阵在不同基之间转换向量坐标与算子矩阵。公式
与一个方阵的相似变换相比,这里每个顶点有自己的换基矩阵,而同一顶点的矩阵要在全部相邻公式中重复使用。
例子与边界
一条箭时,秩就是完整不变量
取 ,。表示就是一个 矩阵 。在源与靶分别换基,可以把它化为具有 个单位对角项的矩形标准形,其中 。
以秩1矩阵
为例。在源中取 ,在靶中取 。则 ,新矩阵仅左上角为1。这些基在任意特征都可用,变换矩阵行列式均为1。
秩公理库线性映射的秩Rank of a linear map · Matrix rank线性映射像空间的维数,表示其保留下来的独立输出方向数。在换基下保持,而且每个秩都到达唯一标准形,所以恰有三种同构类型。表示还分解为 份 、 份 与 份 。
两条平行箭已经留下连续参数
取两条箭 ,两顶点空间均为 。令
同构只能在两个顶点分别乘非零标量 。若它把 变成 ,第一条箭要求 ,第二条要求 ,于是 。
因此当 无限时,仅两个顶点、两条箭、维数向量 就有无限多个同构类。两条箭的秩在 时都为1,但比值仍不同。分别把两条箭化成恒等的做法,会为同一个顶点选出不相容的坐标。
有向图不自动要求路径交换
在一个菱形图中,从同一起点到同一终点有两条路径。箭图表示只指定各条箭的线性映射,并不要求两条路径的复合相等。若问题还要求交换菱形,就须加入路径关系,得到带关系箭图公理库带关系箭图代数Bound quiver algebra · Quiver with relations用路径理想表达交换与零关系,计算交换菱形的九维商,并说明可容许条件和无关系同调公式的边界。。
推论与应用
子表示由各顶点子空间 组成,要求 。直和、核、像与余核也逐顶点计算,箭头上的相容性由式 (1) 保证。
例如一个同态的核在顶点 为 。若 ,则 ,所以箭头确实将它送入 。这使表示之间的方程、分解和正合列都可还原为具体线性代数。
一顶点一环的表示就是一个空间加一个自同态,其同构问题为矩阵相似;没有箭头的有限图则仅记录几份相互独立的向量空间。箭图因此在这两种熟悉情形之间提供了统一对象。
自检:在三顶点链 中,令 。比较 与 。两份表示的各条箭秩都为1,但
复合也受协同换基保护,所以两者不同构。一个真正的图式不变量,必须照顾箭头之间的连接。
参考资料