Кіріспе

Математикалық нысан, жиынтықтар мен функциялардың стандартты ұғымдарын жалпылайды. Математикада категория (кейде нақты категориядан ажырату үшін абстракт категория деп аталады) – “жебелермен” байланыстырылған “объектілердің” жиынтығы. Категорияның екі негізгі қасиеті бар: жебелерді ассоциативті түрде құрастыру мүмкіндігі және әрбір объект үшін сәйкестік жебесінің болуы. Жиынтықтар санаты қарапайым мысал болып табылады, онда объектілер жиынтықтар, ал жебелер функциялар болып келеді. Категория теориясы – математиканың барлық математиканы нысандары мен жебелері нені білдіретініне қарамастан, категориялар тұрғысынан жалпылауға тырысатын саласы. Қазіргі заманғы математиканың дерлік барлық саласын категориялар арқылы сипаттауға болады, және мұндай сипаттама көбінесе математиканың әртүрлі салалары арасындағы терең түсініктер мен ұқсастықтарды ашады. Осылайша, категория теориясы жиынтықтар теориясы және басқа ұсынылған аксиоматикалық негіздерге балама негіз ұсынады. Жалпы алғанда, нысандар мен жебелер кез келген абстракт бірліктер болуы мүмкін, ал категория ұғымы математикалық бірліктер мен олардың арақатынастарын сипаттаудың негізгі және абстракт тәсілін ұсынады. Математиканы формалдаудан басқа, категория теориясы компьютерлік ғылымдағы көптеген басқа жүйелерді формалдау үшін де қолданылады, мысалы, бағдарламалау тілдерінің семантикасын. Екі категория бірдей болады, егер олардың нысандар жиынтығы, жебелер жиынтығы және кез келген екі жебені құрастырудың ассоциативтік әдісі бірдей болса. Екі түрлі категория да категория теориясы мақсатында, тіпті олардың құрылымы толықтай сәйкес келмесе де, “эквивалентті” деп есептелуі мүмкін. Белгілі категориялар қалың немесе курсивпен жазылған қысқаша бас әріп немесе аббревиатурамен белгіленеді: мысалдарға Set – жиынтықтар мен жиынтық функцияларының категориясы; Ring – сақиналар мен сақина гомоморфизмдерінің категориясы; және Top – топологиялық кеңістіктер мен үздіксіз бейнелеулердің категориясы жатады. Бұл алдыңғы категориялардың барлығында сәйкестік бейнелеуі сәйкестік жебесі ретінде, ал композиция жебелердегі ассоциативтік операция ретінде қарастырылады. Категория теориясы бойынша классикалық және әлі де кеңінен қолданылатын мәтін – Соундерс Мак Лейннің «Жұмыс істейтін математик үшін категориялар» еңбегі. Басқа сілтемелер төменде келтірілген. Осы мақаладағы негізгі анықтамалар осы кітаптардың алғашқы бірнеше тарауында қамтылған. Кез келген моноидты ерекше категория ретінде қарастыруға болады (моноид элементтерімен бейнеленген өзіндік морфизмдері бар бір нысанмен), сондай-ақ кез келген алдын ала тәртіпті де.

Кіші және ірі санаттар

C санаты егер ob(C) және hom(C) нақты жиын болса және тиісті класс болмаса кішкентай деп аталады, әйтпесе үлкен. Жергілікті кішкентай санат – бұл санат, онда кез келген a және b объектілері үшін hom(a, b) гомоклассы жиын болып табылады, бұл homset деп аталады. Математикадағы көптеген маңызды санаттар (мысалы, жиындар санаты), кішкентай болмаса да, кем дегенде жергілікті кішкентай болады. Кішкентай санаттардағы объектілер жиынды құрайтындықтан, кішкентай санатты моноидқа ұқсас алгебралық құрылым ретінде қарастыруға болады, бірақ жабылу қасиеттері талап етілмейді. Ал үлкен санаттар алгебралық құрылымдардың «құрылымдарын» жасау үшін қолданылуы мүмкін.

Екілік санаты

Кез келген С санатын өзін жаңа санат ретінде қарастыруға болады: нысандар бастапқы санаттағыдай, бірақ жебелер бастапқы санаттағыдан кері бағытта болады. Бұл дуалды немесе қарама-қарсы санат деп аталады және Cop деп белгіленеді.

Өнімдер санаттары

Егер C және D санаттар болса, C × D көбейтінді санатын құруға болады: объектілер C-ден бір және D-ден бір объектіден тұратын жұптар, ал морфизмдер де C-ден бір және D-ден бір морфизмнен тұратын жұптар болады. Мұндай жұптар компоненттері бойынша жинақталуы мүмкін.

Санаттардың түрлері

Көптеген санаттарда, мысалы Ab немесе VectK, hom жиындары hom(a, b) тек жиындар ғана емес, сонымен қатар абельдік топтар болып табылады, ал морфизмдердің композициясы осы топтық құрылымдармен үйлесімді; яғни, екі сызықты. Мұндай санатты преаддитивті санат деп атайды. Егер, әрі қарай, санатта барлық шекті өнімдер мен коөнімдер болса, ол аддитивті санат деп аталады. Егер барлық морфизмдерде ядро және кокернел болса, барлық эпиморфизмдер кокернелдер, ал барлық мономорфизмдер ядролар болса, онда біз абельдік санат туралы айтамыз. Абельдік санаттың классикалық мысалы – абельдік топтар санаты. Санатта барлық кіші шектер болса, онда ол толық санат деп аталады. Жинақтар, абельдік топтар және топологиялық кеңістіктер санаттары толық. Егер санатта шекті тікелей өнімдер болса және шекті өнімде анықталған морфизм әрқашан тек бір ғана факторда анықталған морфизммен өкілдіктелсе, онда санат картезиялық жабық санат деп аталады. Мысалдарға Set және CPO, яғни Скотт үздіксіз функциялары бар толық ішінара реттелген жиындар санаты жатады. Топос – бұл математиканың барлық түрлерін құрастыруға болатын белгілі бір типтегі картезиялық жабық санат (классикалық жағдайда математиканың барлығы жиындар санатында құрастырылады). Топос логикалық теорияны бейнелеу үшін де қолданылуы мүмкін.