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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.