4.范畴和函子

集合上的每一种数学结构都有这样的映射:与该结构相容的映射,或者说是保持这种数学结构的映射。比如,群之间有群同态,向量空间之间有线性映射,拓扑空间之间有连续映射。

于是,这些共性引出了新的数学结构,范畴,它包含带有预先定义的结构的集合,姑且称为结构集,还有这些结构集之间的保持这种结构的映射。

准确定义,一个范畴C包括

1.一个类C,这个类中的元素称为范畴中的对象

2.对于每一对对象,有一个集合C(A,B),集合中的元素称为由A到B的态射,或者箭头

3.对于每三个对象,复合律成立

4.对于每个对象,都有一个恒等态射

这些数据服从下面的公理

1.结合公理:if \ f\in \mathcal{C}(A,B),g\in \mathcal{C}(B,C),h\in \mathcal{C}(C,D)\\then \ h\circ (g \circ f)= (h\circ g) \circ f

2.恒等公理:if \ f\in \mathcal{C}(A,B),g\in \mathcal{C}(B,C)\\then \ 1_B \circ f=f, \ g \circ 1_B=g


态射f记作f:A\rightarrow B,A称为定义域,B称之为值域(这里的值域与函数的值域含义不同,只是出于习惯使用,这里称为域,对偶域比较合适,co-前缀表达的就是对偶的含义)

交换图,一个图称之为交换的,等价于从同一起点出发,到达同一终点的所有箭头的复合是相等的。比如上图,从A到D有两条路,交换时就成立g \circ f=k \circ h。其他的交换图类比可得。

恒等态射是唯一的,熟悉的唯一性证明。

范畴A到范畴B的函子F包括

1.范畴A,B对象之间的映射,记作F:A \mapsto FA

2.范畴A中任意一对对象之间态射的映射,记作F:f \mapsto Ff

函子满足或者说保持复合律,恒等态射


先到这吧,内容有点多。为什么这样定义函子,因为范畴虽然新,但还是一种数学结构,同样适用于结构集和结构保持映射那一套。函子的性质其实就是对范畴公理的保持,与群同态对群公理的保持没有什么区别。

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