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定义Definition

有向集

Directed set · Directed preorder · 有向预序集

以共同后继统一任意有限批进度的非空预序结构。

形式陈述 ​

有向集由非空集合 A 与其上的二元关系 ⪯ 组成。关系至少满足自反性与传递性,并且

∀α,β∈A∃γ∈Aα⪯γ ∧ β⪯γ.

最后一条称为向上有向性:任意两个阶段都能在 A 内找到共同后继。反复使用它可得,任意有限非空子集 F⊆A 都有某个 γ∈A 同时满足 α⪯γ(α∈F)。

这里通常允许 ⪯ 只是预序而非偏序:若 α⪯β 且 β⪯α,两个索引仍可不同。把互相可达的索引组成商集,可得到仍有共同后继的偏序。一个谓词或网若要直接下降到这个商,须在每个等价类上取相同值;在此前提下,商前后的尾部对应,最终成立与网收敛才随之保持。任意选取每类的代表元,不能保证保留原网的全部取值。若采用向下有向约定,则把不等号全部反转;两种约定不能在同一证明中无声混用。

直觉

序列把进度排成一条线,有向集只要求不同进展可以继续合并。一个阶段可能已经满足条件组 F,另一个阶段满足条件组 G;共同后继代表同时处理 F∪G 的更晚阶段。因而有向性记录的不是“任意两项可比较”,而是“任意有限批要求最终可兼容”。

对 α0∈A,尾部

A⪰α0={α∈A:α0⪯α}

表示已经越过阶段 α0 的所有索引。性质 P(α) 最终成立,意为存在 α0,使所有 α⪰α0 都满足 P。任意两个尾部有共同的更深部分,这使“最终”具有稳定含义。

例子与边界

自然数按通常次序是有向集,max(m,n) 是共同后继。任意集合 I 的有限子集族 Pfin(I) 按包含关系也是有向集,F∪G 是共同后继;当 I 不可数时,这个索引结构通常不能由一条可数序列完整替代。

在拓扑空间中,固定点 x 的邻域可按反向包含定向:

U⪯V⟺V⊆U.

更小的邻域被视为更晚、信息更精细的阶段。若仍按普通包含排序,逼近方向就会反转;集合相同不表示定向语义相同。

例如取两个不同索引 a,b,规定它们彼此都在对方之后,则每个尾部都是 {a,b}。让网在离散空间 {0,1} 中分别取值 f(a)=0,f(b)=1,它既不收敛到 0,也不收敛到 1。互相可达的索引商只有一个点;若只保留代表 a,所得常值网却收敛到 0。共同后继结构保留下来了,原网没有直接下降。

有两个互不相交分支且没有共同后继的预序不是有向集。任何非空全序都向上有向,因为任意两元素中较大者就是共同后继;相比之下,仅有传递性或集合无限都不够。还要区分“整个索引集是有向的”与“偏序中的某个子集是有向子集”:后者是DCPO定义中被取上确界的对象。

推论与应用

网以有向集作为索引,把一般拓扑中的有限邻域要求组织成逼近过程。域论则对偏序中的有向子集取上确界,将相容的有限信息汇成极限。两处共享共同后继机制,但一个索引点族,另一个研究偏序内部的极限,不能把“网收敛”与“有向上确界存在”当成同一定义。

有向集也出现在滤过余极限、有限信息系统和并行逼近中。使用它时应明确三件事:关系方向、是否允许仅为预序,以及“有向”是否要求集合非空。部分文献允许空有向集;那会使“每个有向集都有上确界”自动要求底元,本库采用非空约定,并把底元作为 pointed 条件单独声明。

参考资料
  • John L. Kelley, General Topology, Springer, 1955, Chapter 2.
  • B. A. Davey and H. A. Priestley, Introduction to Lattices and Order, 2nd ed., Cambridge University Press, 2002, Chapter 1.
  • G. Gierz et al., Continuous Lattices and Domains, Cambridge University Press, 2003, Chapter I.
关系图谱13 个相邻概念 · 2 类关系

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