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序列

Sequence

以自然数为定义域的函数。

条目类型
定义

形式陈述

集合 X 中的序列是函数 a:NX,通常把 a(n) 写作 an,并记为 (an)nN。索引从 01 开始只是约定。有限序列则是从有限初始自然数段到 X 的函数;子序列形如 (ank),其中 n1<n2<

序列的前 N 项是定义域限制到 {0,,N1} 得到的前缀;从第 N 项开始的尾部可写成 bk=aN+k。两个有限序列可以按先后拼接,长度相加;无限序列没有“最后一项”,所以不能用同一规则在其后再接一段非空序列。

直觉

把自然数作为定义域意味着序列自带离散次序,并允许同一值在不同位置重复出现。它既可显式给出第 n 项,也可由递推、算法或抽样过程生成。作为函数,子序列就是与严格递增索引函数复合;索引只能向前走,因此任意重排不是子序列。

例子与边界

an=(1)n11 间交替;它的值域只有 {1,1},但值域集合丢失了交替顺序与出现次数。有限序列 (3,1,3) 也不同于集合 {1,3}:前者有三个位置,两个位置上的值恰好相同;后者既不保存顺序,也不保存重复次数。

对交替序列取偶数索引得到常值子序列 1,1,,取奇数索引得到 1,1,;把奇数项移到偶数项之前则是一种重排,不是子序列。Fibonacci 数列展示另一种生成方式:初值与递推式唯一确定每个位置的值,却没有把序列变成无序集合。

推论与应用

自然数索引和函数观点使前缀、尾部、子序列、递推和逐项运算共享同一接口。自然数按通常次序是有向集,因此序列也是的可数全序特例。给取值空间加入拓扑后,序列收敛询问尾部是否最终进入任意邻域;把数列换成部分和得到级数。这些性质依赖 X 上新增的代数或拓扑结构,不能从“它是序列”本身推出。

算法迭代与时间步进产生的状态也可以按自然数编号,但数据形式不规定信息协议。流模型限制更新序列的遍数与工作空间,在线模型要求请求到达后立即决策,自调整结构则对一整段访问序列给摊还界;它们都使用序列,却对未来可见性、可修改历史和成本统计作出不同承诺。

同样,低差异序列约束每个前缀的经验分布,而不是单独约束每一项。它仍是普通序列;“低差异”是额外的全前缀速率条件,不能由项互异或普通收敛自动得到。

参考资料
  • Stephen Abbott, Understanding Analysis, 2nd ed., Springer, 2015, Chapter 2.
  • Walter Rudin, Principles of Mathematical Analysis, 3rd ed., McGraw-Hill, 1976, Chapter 3.
关系图谱166 个相邻概念 · 3 类关系

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