等价关系与划分

前言:本篇博客主要对「等价关系」的相关知识进行总结

之前我们学习了,关系的基本定义,但在这篇博客中,我们将学习到一种特殊的关系

0X00 「等价关系」

假设 R 为非空集合 A 上的关系

「等价关系」的基本定义

如果 R 是自反的对称的传递的,则称 R 为 A 上的等价关系

这样很抽象我们来举个例子:

假设A = \{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8\},我们在 A 上定义以下关系 R = \{<x, y>| x, y \in A \wedge x \equiv y\ (mod 3)\},用大白话说就是在 A 中找出所有模 3 相等的数,并组成有序对:

按此我们可以写出以下关系:

R = \{<1, 1>, <4, 4>, <7, 7>, <1, 4>, <1, 7>, <4, 7>, <4, 1>, <7, 1>, <7, 4>...\}

上面的 R 我没列完全,只列出了余 1 的情况,还有余 2 的情况、余 0 的情况

我们画出 R 的「关系图」:

可以清楚的看到: R 是自反的对称的传递的,所以 R 是一个等价关系

「等价类」的基本定义

搞清楚了等价关系以后开始搞等价类

等价类的基本定义如下:

设 R 为非空集合 A 上的等价关系,\forall x \in A,令

[x]_{R} = \{y\ |\ y \in A \wedge xRy\}

[x]_{R} 为关于 R 的等价类,简称 x 的等价类,记为 [x]

上面的定义可能很抽象,我们举个例子。

在写出 R等价关系以后:

R = \{<1, 1>, <4, 4>, <7, 7>, <1, 4>, <1, 7>, <4, 7>, <4, 1>, <7, 1>, <7, 4>...\}

其中 1 的等价类,就是关系 R 中跟他搭配过的元素:{1, 4, 7}

再具体的说,等价类就是,具有相同性质的元素的集合

「商集」的基本定义

定义如下:

设 R 为非空集合 A 上的等价关系,以 R 中所有等价类作为元素的集合称为 A 关于 R 的商集记做:A/R

比如我们之前的例子中 A/R 就是 \{\{1, 4, 7\}, \{2, 5, 8\}, \{3, 6\}\}

0X02 「划分」

「划分」的基本定义

设 A 为非空集合,若 A 的子集族 \pi(\pi \subseteq P(A), 是 A 的子集构成的集合)满足下列条件

  • \emptyset \not\in \pi
  • \forall x \forall y(x, y \in \pi \wedge x \neq y \rightarrow x\ \cap \ y = \emptyset)
  • \cup \pi = A

则称 \pi 是 A 的一个划分

举个例子:

假设 A = \{1, 2, 3\} 则 A 的一个划分可以是:\{\{1, 2\}, \{3\}\}

「划分」与「等价关系」

划分有一个重要的性质:划分与等价关系一一对应!

我来解释一下这句话,这句话的意思就是一个集合有多少种「划分」就有多少种等价关系,我们来看一道例题:

求出 A = {1, 2, 3} 上的所有等价关系

首先我们写出 A 所有的划分:

所以一共有 5 中划分,也就是五种等价关系:

  • 全域关系
  • R2 = \{<2, 3>, <3, 2>\} \ \cup I_A
  • R3 = \{<1, 3>, <3, 1>\} \ \cup I_A
  • R4 = \{<1, 2>, <2, 1>\} \ \cup I_A
  • 恒等关系
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