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定义Definition

链与反链

施工中 · 内容逐步修订

Chain and antichain

偏序集中任意两元素可比的子集与任意两不同元素不可比的子集。

形式陈述 ​

在偏序集 (P,≤) 中,两个元素 x,y 可比是指 x≤y 或 y≤x。子集 C⊆P 称为链,若其中任意两元素都可比;子集 A⊆P 称为反链,若其中任意两个不同元素都不可比。反链定义必须排除 x=y,因为偏序的自反性使每个元素都与自身可比。

对有限偏序集,定义高度和宽度为

h(P)=max{|C|:C 是链},w(P)=max{|A|:A 是反链}.

这里高度按元素个数计,不是 Hasse 图中的边数;空偏序集的两者均为零。链分解是将 P 划分为互不相交的链,反链分解类似。极大链不能通过加入元素扩张,最大链则在所有链中基数最大;反链也有同样的两种极值概念。

直觉

链描述一组被原偏序排定先后的对象,反链描述一组原偏序没有规定两两先后的对象。在任务依赖模型中,链给出必须串行经历的依赖深度,反链给出彼此没有先后约束的任务集合。不过,“没有依赖”不等于实际必然同时执行:资源数量和任务持续时间仍会限制调度。

链与反链也不是互补集合。一个元素可以出现在许多不同的链和反链中;单点集甚至同时是链和反链。两者真正的制约是:任一链与任一反链最多共享一个元素。若共享两个不同元素,它们就会同时被要求可比和不可比,产生矛盾。

例子与边界

在布尔偏序集 2[n] 中,底集元素是 [n]={1,…,n} 的子集,偏序为包含关系。∅⊂{1}⊂⋯⊂[n] 是含 n+1 个元素的链。所有大小为 ⌊n/2⌋ 的子集构成反链,因为两个不同的等大小有限集不可能一方包含另一方。正整数按整除排序时,1,2,4,8 是链,而 2,3,5 是反链。

在任务偏序 a<b<d、a<c<d 中,{a,b,d} 是大小三的链,{b,c} 是大小二的反链。链分解可以取 {a,b,d} 与 {c};由反链 {b,c} 可知一条链不可能覆盖全部元素。因此该例的高度为三,宽度为二。

极大不一定最大。令偏序集由一条三元素链 a<b<c 和一个与它们全部不可比的元素 z 组成,则 {z} 已是极大链,但最大链为 {a,b,c}。全序的每个子集都是链,非空全序的宽度为一;所以不能把“不可比”误读成“不相等”。所有极小元组成反链,但反链未必只含极小元。

无限情形不能直接照搬上述有限最大值。例如,把长度分别为 1,2,3,… 的有限链不交并在一起,并规定不同链之间不可比,则链大小无有限上界,却没有无限链。此时必须区分上确界与能取到的最大基数。

推论与应用

Dilworth 定理说明有限偏序集的宽度恰等于最少链分解数;“至少需要宽度那么多条链”正是由链与反链至多交于一点得到的。另一方向是该定理的实质。

相应的反链分层结论可直接证明。令 r(x) 为以 x 结尾的最大链大小;若 x<y,则 r(y)≥r(x)+1。因此同一 r 值的元素组成反链,总共至多 h(P) 层;而最大链的元素又必须分在不同层,故最少反链分解数恰为 h(P)。这也解释了单位时长、处理器无限的依赖调度为什么需要且只需这么多轮。

布尔格的中间层反链通向 Sperner 定理。一般格若另有严格随序增加的秩函数,同秩元素也形成反链;不能仅因一个偏序集是格就默认它具有统一的秩层。

参考资料
  • Mitchel T. Keller、William T. Trotter,Applied Combinatorics,在线版,§6.3 “Dilworth’s Chain Covering Theorem and its Dual”,定理 6.17–6.18 及极大与最大之辨;正文(访问于 2026-09-20)。
  • David Guichard,Combinatorics and Graph Theory,Whitman College 开放教材,§1.8 “Sperner’s Theorem”,布尔偏序中的链、反链与中间层;LibreTexts 正文(访问于 2026-09-20)。
关系图谱5 个相邻概念 · 1 类关系

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