一张偏序图不仅记录哪些点连着,还记录哪些操作可以连成更长的比较链。把一条三点链只画成两条边,会漏掉它应填充的三角形。本页先把这份高维数据恢复,再说明怎样只凭有限的次序检查,证明两个映射同伦,或证明删除一个点没有丢掉空间的同伦信息。
形式陈述
序复形与诱导映射
设 是有限偏序集。其序复形 以 为顶点,非空单形恰为严格链
另加入空面,遵守单纯复形理路单纯复形Simplicial complex · Abstract simplicial complex由对取子集封闭的有限顶点集合族编码单形及其粘合关系的组合空间。的向下封闭约定。维数是最长严格链长度减一。 时几何实现为空;“可缩”在本单元始终要求非空且同伦等价于一点。
保序映射理路偏序集上的单调映射Monotone map on posets · Order-preserving map · Isotone map在偏序之间保持次序的映射,以及它作为单调算子参与不动点迭代时的基本结构。 将链送到一条弱递增序列。删去重复值后仍为链,因此诱导单纯映射 。在几何实现上按重心坐标线性延拓;若几个源顶点有同像,它们的权重相加。
若两个保序映射满足点态比较
则 与 同伦理路同伦Homotopy在连续参数下把一个连续映射变形成另一个连续映射。。更具体地,可以用至多 次单顶点更新,把 改为 ;相邻两份映射在每个源单形上的像顶点合并后仍为一条链,故每步都给合法的直线同伦。
一类可直接删除的点
设 。若严格下集 有最大元 ,将 送到 、其余点固定,得到保序收缩
它满足 ,其中 是包含。若严格上集 有最小元,方向相反,得到 。这种点常称 beat point。式 (2) 的构造全过程固定未删顶点,因而在几何实现上给出强形变收缩理路形变收缩Deformation retract · Strong deformation retract在整个同伦过程中固定子空间,把母空间连续压到该子空间。。
空的严格上集或下集没有最小元或最大元,不能据“所有比较都成立”把孤立点删除。删点后的下一步必须在当前剩余偏序中重新检查。
直觉
Hasse图不是序复形的一维代替品
取菱形偏序
不可比Hasse 图有四条边,画成一个环。但传递性还给 ,而两条三点链给三角形 和 。序复形是沿 粘起来的两个实心三角形,可缩;Hasse 图作为普通图却有一个一维洞。
因此输入可以用覆盖关系简写,构造复形前却必须先求完整偏序比较,再枚举所有链。漏掉传递边或高维链,会改变对象本身,而不只是降低绘图分辨率。
点态比较不一定允许一次直线插值
设源为两点链 ,目标为上述菱形。取
分别有 、,故 。但四个像顶点 不是链;不能直接声称整个源边的两幅像都装在一个目标单形里。
正确做法先改较大的源点:
第一步的全部像在三角形 内,第二步在 内。每一步都可线性插值,连接两段便得到整体同伦。抽象复形的标准实现位于顶点坐标空间中,不能仅凭平面示意图上的直线看起来留在区域里,就跳过这个单形检查。
例子与边界
逐点更新为什么一定保序
从当前 开始,若尚不相同,在差异集合 中选一个极大点 ,仅把 改成 。
- 若 ,则 ,下方比较保持
- 若 ,由 在差异集合中极大,已有 ;所以 ,上方比较保持
- 其余比较没有改动
对于一条经过 的源链,旧值 与新值 可比,且所有下方像不大于旧值,所有上方像不小于新值。因此相邻两份映射确实相邻,直线同伦合法。不经过 的单形没有变化。每步少一个差异点,所以最多 步终止;不需要逐一经过目标中的每个覆盖关系。
一份删点日志
在菱形偏序里, 有最大元 ,可以先删 。剩余为链 ,再删 ,最后删 ,保留一点。
每一步都记录:当前顶点集、被删点、方向、见证顶点和全部必要比较。若第二步仍拿已经被删的 当见证,日志应立即失败。若把两点反链中的一个点删掉,严格上下集都空,也必须失败;两个不连通点不能形变成一个点。
beat 点准则是一种充分证书,不是一般可缩性的完整判定。一个偏序没有这种可删点,不表示其序复形一定不可缩;后面的纤维引理理路Quillen有限偏序纤维引理Quillen poset fiber lemma · McCord–Quillen theorem · Quillen Theorem A for finite posets由每个下理想原像的可缩性认证指定序复形映射是同伦等价,并通过有限映射柱的两份删点序列证明结论。只要求相关序复形可缩,可以使用更一般的证明。
面偏序连接原复形
给有限单纯复形 ,其面偏序 只取非空面,以包含为序。于是 的顶点是原面的标签,单形是严格嵌套的面链,恰为重心细分理路单纯逼近定理Simplicial approximation theorem · 单纯映射的星条件用重心细分和开星条件把连续映射变成有限顶点表,证明同伦与选择无关,并逐边核验圆周度二的链证书。 。
这个识别将面标签送到原面的重心,给自然同胚 。若误把空面也作为偏序顶点,它会成为全局最小元,使序复形总是一个锥。例如圆周的面偏序会因此被错误地变成可缩空间。
推论与应用
直接检查链同伦
对相邻的两份顶点映射 ,棱柱公式为
重复顶点的项取零;其余按所选目标顶点次序重排并保留符号。相邻性保证每项都是合法目标单形。展开边界,内部接缝两两抵消,留下
这正是链同伦理路链同伦Chain homotopy用升高一次数的态射族见证两个链映射之差沿边界方向可消去的关系。证书。把式 (4) 两步的棱柱算子相加,中间链映射抵消,便得到 。所以程序可以同时交付连续同伦的有限步骤与整数链层恒等式,而不是只比较最终同调维数。
输出与成本
若 以完整比较矩阵输入,一次更新的保序性可在全部源可比较对上检查。最多 次更新给直接的多项式规模顶点日志。但若进一步显式输出整个序复形及所有链矩阵,单形数量可能指数增长: 点全序的每个非空子集都是链,共 个单形。应分别报告顶点日志成本与展开后的链证书成本。
这个方法适合把两种离散选择证明为同一个拓扑操作,也适合为后续覆盖映射提供同伦交换方块。方向可以反转,有限串 同样给端点同伦;没有逐点比较或相邻性证据的两个映射则不能自动进入这条链。
偏序、覆盖与关系复形证书任务:终点先要求逐项展开菱形的整数链同伦,再用当前偏序逐步验收删点日志。
参考资料