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定义Definition

良拟序

Well quasi order · WQO

用每条无限序列中的顺向可比对定义良拟序,证明向上闭集有限基和增长链终止,并辨别良基与良拟序。

形式陈述 ​

集合 S 上的关系 ⪯ 若自反且传递,称为拟序。若任意无限序列 x0,x1,… 都存在 i<j 使 xi⪯xj,则称其为良拟序(wqo)。没有这种顺向可比对的序列称为坏序列,因此 wqo 等价于不存在无限坏序列。[1, §2.1]

拟序不要求反对称。把 x⪯y⪯x 的元素视为等价后,得到偏序;wqo 等价于这个商偏序既无无限严格下降链,也无无限反链。只排除下降链还不够。

对 B⊆S,记

↑B={y:∃b∈B b⪯y}.

若 U=↑U,称 U 向上闭。wqo 上每个向上闭集都有有限基:存在有限 B⊆U 使 U=↑B。拟序情况下,只需从每个极小等价类选一个代表,不应要求全部极小元素本身有限。

直觉

顺序表示“至少包含同样多的资源或结构”。向上闭坏状态意味着:一旦资源配置已经坏,再添加资源也坏。有限基把无限多个坏状态压缩为有限个最小阈值。

良拟序不保证状态空间有限。它保证一直寻找“完全新的、不能由先前阈值代表的形状”不可能无限成功。这才是许多无限状态搜索能够停止的原因。

例子与边界

一张有限阈值清单 ​

在 N2 的逐坐标顺序下,令

U={(x,y):x≥3 或 (x≥1 且 y≥2)}.

有限基为 B={(3,0),(1,2)}。(4,1) 被第一点覆盖,(1,5) 被第二点覆盖,(2,1) 则不在 U。两个基点不可比,所以不能只保留一个“最小状态”。此顺序的良拟序性由 Dickson 引理保证。

有限基的一般证明可以反证:若有限点始终覆盖不了 U,先取 x0∈U,再取 xn∈U∖↑{x0,…,xn−1},便构造出无限坏序列。有限基存在来自 wqo,如何算出它则是另一项有效性要求。

良基关系仍可能有无限反链 ​

自然数上的相等关系没有严格下降链,但序列 0,1,2,… 没有不同位置的可比对,故不是 wqo。正整数按整除排序也有无限反链:不同素数互不整除。实数通常大小顺序有无限严格下降列 1,1/2,1/3,…,同样不满足 wqo。

相反,N 通常顺序是 wqo,虽然有无限上升列。禁止的是无限坏序列,不是禁止所有无限变化。

推论与应用

向上闭集的严格增长链

U0⊊U1⊊U2⊊⋯

在 wqo 上不可能无限持续。若每步取 xn∈Un+1∖Un,wqo 给 i<j 且 xi⪯xj。因为 xi∈Ui+1⊆Uj 且 Uj 向上闭,就有 xj∈Uj,矛盾。

这项增长链性质用于 后向覆盖算法。方向不能颠倒:↑0⊋↑1⊋↑2⊋⋯ 是自然数上合法的无限递减链。

有限基和最终稳定都不是复杂度界。若每轮出现的数字或字符串长度越来越大,稳定之前仍可能经历极长计算;还需分析状态增长速率和表示成本。

参考资料
关系图谱9 个相邻概念 · 2 类关系

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