Ре́ттік теорияда толықтық қасиеттері, ішінара реттелген жиынның инфимум немесе супремумдарының болуын көрсетеді. Нақты сандар – жақсы мысал. SEO үшін оптимизацияланған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Рет теориясының математикалық саласында толықтық қасиеттері, берілген ішінара реттелген жиынның (посеттің) белгілі бір инфимумы немесе супремумының бар екенін көрсетеді. Ең танымал мысал – нақты сандардың толықтығы. Бұл терминнің ерекше қолданылуы толық жартылай реттерді немесе толық торларды білдіреді. Дегенмен, толықтықтың тағы да көптеген қызықты түсініктері бар. Толықтық қасиеттерін қарастыруға себеп – ішінара реттер теориясында супремумдардың (ең кіші жоғарғы шектер, біріктірулер, "") және инфимумдардың (ең үлкен төменгі шектер, қиылыстар, "") маңыздылығы. Супремумды табу дегеніміз – жоғарғы шектер жиынынан бір ерекше, ең кіші элементті бөліп алу. Бір жағынан, бұл арнайы элементтер көбінесе берілген қолдану үшін қызықты болатын нақты қасиеттерді қамтиды (мысалы, сандар жиынының ең кіші ортақ еселігі немесе жиындар жиынының бірігуі). Екінші жағынан, белгілі бір типтегі ішкі жиынның супремумы немесе инфимумы болатынына кепілдік берілгенін білу, бізге осы элементтерді бағалауды ішінара реттелген жиынның толық операциялары ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Осы себепті, белгілі бір толықтық қасиеттері бар позеттерді белгілі бір алгебралық құрылымдар ретінде сипаттауға болады. Сонымен қатар, жаңадан алынған операциялардың қасиеттерін зерттеу одан әрі қызықты тақырыптарға жол ашады.
In the mathematical area of order theory, completeness properties assert the existence of certain infima or suprema of a given partially ordered set (poset). The most familiar example is the completeness of the real numbers. A special use of the term refers to complete partial orders or complete lattices. However, many other interesting notions of completeness exist. The motivation for considering completeness properties derives from the great importance of suprema (least upper bounds, joins, "") and infima (greatest lower bounds, meets, "") to the theory of partial orders. Finding a supremum means to single out one distinguished least element from the set of upper bounds. On the one hand, these special elements often embody certain concrete properties that are interesting for the given application (such as being the least common multiple of a set of numbers or the union of a collection of sets). On the other hand, the knowledge that certain types of subsets are guaranteed to have suprema or infima enables us to consider the evaluation of these elements as total operations on a partially ordered set. For this reason, posets with certain completeness properties can often be described as algebraic structures of a certain kind. In addition, studying the properties of the newly obtained operations yields further interesting subjects.
Толық қасиеттердің түрлері
Барлық толықтық қасиеттері ұқсас схема бойынша сипатталады: ішінара реттелген жиынның белгілі бір кластағы ішкі жиыншалары, жоғары шегі немесе төменгі шегі болуы талап етіледі. Сондықтан, әр толықтық қасиетінің оған сәйкес келетін дуалы бар, ол берілген тұжырымдағы реттілікке тәуелді анықтамаларды кері орату арқылы алынады. Кейбір түсініктер әдетте дуалдастырылмайды, ал басқалары өз-өзіне дуалды болуы мүмкін (яғни, олардың дуалды тұжырымдарымен тең).
All completeness properties are described along a similar scheme: one describes a certain class of subsets of a partially ordered set that are required to have a supremum or required to have an infimum. Hence every completeness property has its dual, obtained by inverting the order dependent definitions in the given statement. Some of the notions are usually not dualized while others may be self dual (i. e. equivalent to their dual statements).
Ең кіші және ең үлкен элементтер
Ең оңай супремум мысалы — бос супремум, яғни бос жиынның супремумы. Анықтама бойынша, бұл бос жиынның әрбір мүшесінен үлкен барлық элементтердің арасындағы ең кіші элемент. Бірақ бұл бүкіл позитивті жиынның ең кіші элементі, егер ол болса, себебі позитивті жиынның бос ішкі жиыны жоғарыдан да, төменнен де шектелген деп есептеледі, ал позитивті жиынның әрбір элементі бос ішкі жиын үшін жоғары және төменгі шек болып табылады. Ең кіші элементтің басқа да кең таралған атаулары — төменгі шек және нөл (0). Двойной ұғым, бос төменгі шек — ең үлкен элемент, жоғарғы шек немесе бірлік (1). Төменгі шегі бар позитивті жиындар кейде «төбелі» деп аталады, ал жоғарғы шегі бар позитивті жиындар «бірлік» немесе «жоғарғы» деп аталады. Ең кіші және ең үлкен элементтері бар рет шектеулі деп аталады. Дегенмен, мұны төменде келтірілген шектеулі толықтық ұғымымен шатастырмау керек.
The easiest example of a supremum is the empty one, i. e. the supremum of the empty set. By definition, this is the least element among all elements that are greater than each member of the empty set. But this is just the least element of the whole poset, if it has one, since the empty subset of a poset P is conventionally considered to be both bounded from above and from below, with every element of P being both an upper and lower bound of the empty subset. Other common names for the least element are bottom and zero (0). The dual notion, the empty lower bound, is the greatest element, top, or unit (1). Posets that have a bottom are sometimes called pointed, while posets with a top are called unital or topped. An order that has both a least and a greatest element is bounded. However, this should not be confused with the notion of bounded completeness given below.
Шекті толықтығы
Барлық бос емес шекті жиындарды қарастырудан толықтықтың тағы бір қарапайым шарттары туындайды. Барлық бос емес шекті жиындардың жоғарғы және төменгі шектері бар реттік торап деп аталады. Барлық бос емес шекті жиындарды алу үшін екі элементтің жоғарғы және төменгі шектерінің болуын талап ету жеткілікті; қарапайым индукциялық аргумент кез келген шекті бос емес жиынның жоғарғы/төменгі шегін біртұтас жоғарғы/төменгі шектерге жіктеуге болатынын көрсетеді. Осылайша, тораптардың негізгі операциялары – бинарлық жоғарғы және төменгі шектерді табу. Осы контексте "кездесу" және "қосылу" терминдері ең көп қолданылады. Сондықтан, тек бос емес шекті жиындардың жоғарғы шектері бар екені белгілі болған позиет қосылу жартылай торап деп аталады. Оған қарама-қарсы ұғым – кездесу жартылай торап.
Further simple completeness conditions arise from the consideration of all non empty finite sets. An order in which all non empty finite sets have both a supremum and an infimum is called a lattice. It suffices to require that all suprema and infima of two elements exist to obtain all non empty finite ones; a straightforward induction argument shows that every finite non empty supremum/infimum can be decomposed into a finite number of binary suprema/infima. Thus the central operations of lattices are binary suprema and infima It is in this context that the terms meet for and join for are most common. A poset in which only non empty finite suprema are known to exist is therefore called a join semilattice. The dual notion is meet semilattice.
Толықтығының қосымша шарттары
Толықтықтың ең күшті түрі – барлық жоғарғы және төменгі шектердің болуы. Бұл қасиетке ие посеттер толық торлар болып табылады. Дегенмен, берілген ретті пайдалана отырып, бірден осы күшті толықтықты бермейтін (мүмкін шексіз) кіші жиынтықтардың қосымша кластарына шектеу қоюға болады. Егер посеттің барлық бағытталған кіші жиынтықтарында жоғарғы шегі болса, онда бұл рет – бағытталған толық ішінара рет (dcpo). Бұл домен теориясында ерекше маңызды. Dcpo-ның сирек қарастырылатын дуал ұғымы – сүзгіленген толық жиынтық. Ең кішкентай элементі бар dcpo-лар ("тақталы dcpo-лар") – толық ішінара рет (cpo) тіркесінің мүмкін мағыналарының бірі. Егер жоғарғы шегі бар әрбір кіші жиынның ең кішкентай жоғарғы шегі болса, онда тиісті посет шектелген толық деп аталады. Бұл термин осы жоғары шектерге бағытталған анықтамамен кеңінен қолданылады және дуал қасиет үшін ортақ атау жоқ. Алайда, шектелген толықтықты басқа толықтық шарттары арқылы оңай дуализацияланатын (төменде қараңыз) түрде көрсетуге болады. "Толық" және "шектелген" атаулары бар ұғымдар бұрыннан анықталғандықтан, шатасудың пайда болуы екіталай, себебі "шекаралы cpo" (яғни "ең үлкен элементі бар cpo") мағынасында "шекаралы толық посет" туралы сирек айтылады. Сол сияқты, "шекаралы толық тор" да шамалы түсініксіздік тудырады, өйткені толық торлар үшін шектелгендік қасиеті әдетте түсініледі. Сондай-ақ, бос жиынның әдетте жоғарғы шегі бар екеніне назар аударыңыз (егер посет бос болмаса), сондықтан шектелген толық посет ең кішкентай элементке ие. Посеттің кіші жиынтықтарын, олар толық реттелген, яғни тізбектерді де қарастыруға болады. Егер барлық тізбектерде жоғарғы шек болса, онда рет тізбек толық деп аталады. Бұл ұғым дуал түрінде сирек қажет болады.
The strongest form of completeness is the existence of all suprema and all infima. The posets with this property are the complete lattices. However, using the given order, one can restrict to further classes of (possibly infinite) subsets, that do not yield this strong completeness at once. If all directed subsets of a poset have a supremum, then the order is a directed complete partial order (dcpo). These are especially important in domain theory. The seldom considered dual notion to a dcpo is the filtered complete poset. Dcpos with a least element ("pointed dcpos") are one of the possible meanings of the phrase complete partial order (cpo). If every subset that has some upper bound has also a least upper bound, then the respective poset is called bounded complete. The term is used widely with this definition that focuses on suprema and there is no common name for the dual property. However, bounded completeness can be expressed in terms of other completeness conditions that are easily dualized (see below). Although concepts with the names "complete" and "bounded" were already defined, confusion is unlikely to occur since one would rarely speak of a "bounded complete poset" when meaning a "bounded cpo" (which is just a "cpo with greatest element"). Likewise, "bounded complete lattice" is almost unambiguous, since one would not state the boundedness property for complete lattices, where it is implied anyway. Also note that the empty set usually has upper bounds (if the poset is non empty) and thus a bounded complete poset has a least element. One may also consider the subsets of a poset which are totally ordered, i. e. the chains. If all chains have a supremum, the order is called chain complete. Again, this concept is rarely needed in the dual form.
Толықтық қасиеттерінің арасындағы қатынастар
Екілік кездесулер/қосылыстар бос емес барлық шекті кездесулерді/қосылыстарды тудырады. Сол сияқты, жоғарыда аталған шарттардың көптеген басқа да (комбинациялары) эквивалентті. Ең белгілі мысал – барлық супремумдардың болуы, бұл, шын мәнінде, барлық инфимумдардың болуымен эквивалентті. Расында, кез келген X жиынтығының ішкі жиыны үшін, оның төменгі шектерінің B жиынтығын қарастыруға болады. B-нің супремумы X-тің инфимумына тең: X-тің әрбір мүшесі B-нің жоғарғы шегі болғандықтан, sup B, X-тің барлық мүшелерінен кіші, яғни sup B жиыны B-де жатыр. Бұл B-нің ең үлкен мүшесі, демек X-тің инфимумы. Керісінше, барлық инфимумдардың болуы барлық супремумдардың болуын білдіреді. Шектелген толықтықты да басқаша сипаттауға болады. Жоғарыда айтылғанға ұқсас аргумент бойынша, жоғарғы шектері бар жиынның супремумы, жоғарғы шектері жиынының инфимумы екенін анықтаймыз. Осылайша, шектелген толықтық барлық бос емес инфимумдардың болуымен эквивалентті. Посет толық тор болып табылады, егер және тек қана ол cpo және қосылу жартылай торы болса. Расында, кез келген X ішкі жиыны үшін, X-тің барлық шекті супремумдарының (қосылыстарының) жиыны бағытталған, ал осы жиынның супремумы (бағытталған толықтығымен бар) X-тің супремумына тең. Демек, әрбір жиынның супремумы бар, ал жоғарыда айтылған байқау бойынша бізде толық тор бар. Дәлелдің екінші бағыты тривиальды. Таңдау аксиомасын қабылдасақ, посет тізбегі толық болады, егер және тек қана ол dcpo болса.
It was already observed that binary meets/joins yield all non empty finite meets/joins. Likewise, many other (combinations) of the above conditions are equivalent. The best known example is the existence of all suprema, which is in fact equivalent to the existence of all infima. Indeed, for any subset X of a poset, one can consider its set of lower bounds B. The supremum of B is then equal to the infimum of X: since each element of X is an upper bound of B, sup B is smaller than all elements of X, i. e. sup B is in B. It is the greatest element of B and hence the infimum of X. In a dual way, the existence of all infima implies the existence of all suprema. Bounded completeness can also be characterized differently. By an argument similar to the above, one finds that the supremum of a set with upper bounds is the infimum of the set of upper bounds. Consequently, bounded completeness is equivalent to the existence of all non empty infima. A poset is a complete lattice if and only if it is a cpo and a join semilattice. Indeed, for any subset X, the set of all finite suprema (joins) of X is directed and the supremum of this set (which exists by directed completeness) is equal to the supremum of X. Thus every set has a supremum and by the above observation we have a complete lattice. The other direction of the proof is trivial. Assuming the axiom of choice, a poset is chain complete if and only if it is a dcpo.
Жалпыға бірдей алгебраның толықтығы
Жоғарыда түсіндірілгендей, белгілі бір толықтық шарттарының болуы белгілі бір жоғары және төменгі шектердің қалыптасуын ішінара реттелген жиынның толық операциялары ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Көп жағдайда толықтықты ғаламдық алгебра мағынасындағы тиісті алгебралық құрылымдарды қарастыру арқылы сипаттауға болады, олар осындай немесе осыған ұқсас операциялармен жабдықталған. Осы операцияларға қосымша шарттар (тиісті тепе-теңдіктер түрінде) қою арқылы, негіздегі ішінара реттілік тек осындай алгебралық құрылымдардан шығаруға болады. Бұл сипаттама туралы толық мәліметтерді "жатырға ұқсас" құрылымдар туралы мақалалардан табуға болады, олар үшін мұндай қарастырылады: жартылай жатыр, жатыр, Хейтинг алгебрасы және Буль алгебрасы. Соңғы екі құрылым толықтық талаптарынан асып, қосымша теріске шығару операциясын енгізу арқылы осы қағидалардың қолданылуын кеңейтеді.
As explained above, the presence of certain completeness conditions allows to regard the formation of certain suprema and infima as total operations of a partially ordered set. It turns out that in many cases it is possible to characterize completeness solely by considering appropriate algebraic structures in the sense of universal algebra, which are equipped with operations like or By imposing additional conditions (in form of suitable identities) on these operations, one can then indeed derive the underlying partial order exclusively from such algebraic structures. Details on this characterization can be found in the articles on the "lattice like" structures for which this is typically considered: see semilattice, lattice, Heyting algebra, and Boolean algebra. Note that the latter two structures extend the application of these principles beyond mere completeness requirements by introducing an additional operation of negation.
Қосымшалар бойынша толықтығы
Толық қасиеттерді сипаттаудың тағы бір қызықты тәсілі (монотонды) Галуа байланыстары, яғни ішінара тәртіптер арасындағы қосылыстар арқылы ұсынылады. Шын мәнінде, бұл тәсіл көптеген толық қасиеттердің табиғатына және тәртіп теориясы үшін Галуа байланыстарының маңыздылығына қосымша түсінік береді. Толықтықты қайта құрудың негізін құрайтын жалпы байқау – белгілі бір жоғары немесе төменгі құрылымдар сәйкес Галуа байланыстарының сол немесе оң жақ жанасатын бөліктерін қамтамасыз етеді. Ішінара реттелген жиынтықты (X, ≤) қарастырайық. Бірінші қарапайым мысал ретінде 1 = {*} - тек қана мүмкін болатын ішінара реттелген бір элементті жиын. Барлығы үшін j: X → 1, j(x) = * анық сәйкестендіру бар. X ең төменгі элементке ие болса, егер және тек егер j функциясының төменгі қосымшасы j*: 1 → X болса. Шын мәнінде, Галуа байланыстарының анықтамасы осы жағдайда j*(*) ≤ x егер және тек егер * ≤ j(x) болса, онда оң жағы кез-келген x үшін анық болады. Дуальді түрде, j үшін жоғарғы жалғаудың болуы X ең үлкен элементі бар дегенге тең. Тағы бір қарапайым бейнелеу – q функциясы: X → X × X, q(x) = (x, x) арқылы берілген. Әрине, X × X үшін жоспарланған реттік қатынас тек әдеттегі өнім реті. q төменгі қосымшасы q* бар, егер және тек егер X-те барлық екілік қосылыстар болса. Керісінше, қосылу операциясы: X × X → X әрқашан q үшін (қажетті түрде бірегей) төменгі қосымшаны қамтамасыз ете алады. Осылайша, егер ол бар болса, онда кездесу операциясы әрқашан жоғарғы көмекші болып табылады. Егер екеуі де бар болса және, сонымен қатар, төменгі қосымша болса, онда X позициясы Хейтинг алгебрасы болып табылады. Керек толықтығын растау үшін тиісті толтыру рәсімдерін қолдану керек. Мысалы, X позитивті жиынның барлық төменгі жиынтықтарының жиынтығы, кіші жиынтықты қосу арқылы реттелген, толық D(X) торды (төменге қарай торды) береді. Сонымен қатар, X-тің әр элементі x-ті оның негізгі идеалы {y in X | y ≤ x} -ге сәйкестендіретін e: X → D(X) ендіруі бар. Енді кішкене ой елегінен өткенде, егер X толық тор болса ғана e-нің төменгі жалғауы бар екені көрінеді. Шын мәнінде, төменгі көмекші кез келген төменгі топтаманы X-тің ең жоғарғы шегіне көшіреді. Бұл төменгі қосымшаны X-тің кез келген қосалқы жиынтығын оның төменгі жабылуына карталайтын функциямен құрастыру (қайтадан төменгі жиынтықты құдіретті жиынтыққа қосу үшін қосымша), 2X-тен X-ке дейінгі әдеттегі жоғары картаны алады. Бұрынғыдай, басқа маңызды жағдай осы жоғарғы картаның жоғарғы қосымшасы болған кезде пайда болады: бұл жағдайда толық тор X конструктивті түрде толық таратылатын болады. Толық үлестірілуі және үлестірілуі (орден теориясы) туралы мақалаларды да қараңыз. Осы бөлімдегі қарастырулар (бөліктерінің) реттік теориясын категория теориясы тұрғысынан қайта құруды ұсынады, онда қасиеттер әдетте олардың ішкі құрылымын қарастырудың орнына объектілер арасындағы қатынастарға (морфизмдерге, нақтырақ: қосымшаларға) сілтеме жасау арқылы білдіріледі. Бұл байланысты толығырақ қарастыру үшін тәртіп теориясының категорикалық тұжырымдамасы туралы мақаланы қараңыз.
Another interesting way to characterize completeness properties is provided through the concept of (monotone) Galois connections, i. e. adjunctions between partial orders. In fact this approach offers additional insights both into the nature of many completeness properties and into the importance of Galois connections for order theory. The general observation on which this reformulation of completeness is based is that the construction of certain suprema or infima provides left or right adjoint parts of suitable Galois connections. Consider a partially ordered set (X, ≤). As a first simple example, let 1 = {*} be a specified one element set with the only possible partial ordering. There is an obvious mapping j: X → 1 with j(x) = * for all x in X. X has a least element if and only if the function j has a lower adjoint j*: 1 → X. Indeed the definition for Galois connections yields that in this case j*(*) ≤ x if and only if * ≤ j(x), where the right hand side obviously holds for any x. Dually, the existence of an upper adjoint for j is equivalent to X having a greatest element. Another simple mapping is the function q: X → X × X given by q(x) = (x, x). Naturally, the intended ordering relation for X × X is just the usual product order. q has a lower adjoint q* if and only if all binary joins in X exist. Conversely, the join operation : X × X → X can always provide the (necessarily unique) lower adjoint for q. Dually, q allows for an upper adjoint if and only if X has all binary meets. Thus the meet operation , if it exists, always is an upper adjoint. If both and exist and, in addition, is also a lower adjoint, then the poset X is a Heyting algebra—another important special class of partial orders. Further completeness statements can be obtained by exploiting suitable completion procedures. For example, it is well known that the collection of all lower sets of a poset X, ordered by subset inclusion, yields a complete lattice D(X) (the downset lattice). Furthermore, there is an obvious embedding e: X → D(X) that maps each element x of X to its principal ideal {y in X | y ≤ x}. A little reflection now shows that e has a lower adjoint if and only if X is a complete lattice. In fact, this lower adjoint will map any lower set of X to its supremum in X. Composing this lower adjoint with the function that maps any subset of X to its lower closure (again an adjunction for the inclusion of lower sets in the powerset), one obtains the usual supremum map from the powerset 2X to X. As before, another important situation occurs whenever this supremum map is also an upper adjoint: in this case the complete lattice X is constructively completely distributive. See also the articles on complete distributivity and distributivity (order theory). The considerations in this section suggest a reformulation of (parts of) order theory in terms of category theory, where properties are usually expressed by referring to the relationships (morphisms, more specifically: adjunctions) between objects, instead of considering their internal structure. For more detailed considerations of this relationship see the article on the categorical formulation of order theory.