Кіріспе
Математикада, әсіресе категориялар теориясында, F-алгебралар алгебралық құрылым ұғымын кеңейтеді. Алгебралық заңдарды морфизмдер арқылы қайта жазу аксиомалардан мөлшерленген элементтерге қатысты барлық сілтемелерді жояды, және осы алгебралық заңдарды бір F функционалы, яғни қолтаңба арқылы біріктіруге болады. F-алгебралар бағдарламалауда қолданылатын дерек құрылымдарын, мысалы тізімдер мен ағаштарды бейнелеу үшін де қолданылуы мүмкін. Басты байланысты түсініктер – индукция принципін қалыптастыруға мүмкіндік беретін бастапқы F-алгебра және оған қарама-қарсы құрылым – F-коалгебра.
Алгебралық құрылымдар
Универсалды алгебрадан бір қадам алға жылжысақ, көптеген алгебралық құрылымдар F-алгебралар болып табылады. Мысалы, абельдік топтар топтар үшін F(G) = 1 + G + G×G функторымен бірдей F-алгебралар болып табылады, бірақ коммутативтілік үшін қосымша аксиомаға ие: m∘t = m, мұнда t(x,y) = (y,x) – G×G-дегі транспозиция. Моноидтар F(M) = 1 + M×M қолтаңбалы F-алгебралар болып табылады. Сол сияқты, жартылай топтар F(S) = S×S қолтаңбалы F-алгебралар болып табылады. Сақиналар, домендер және өрістер де екі заңды қамтитын +,•: R×R → R, 0: 1 → R және 1: 1 → R қосымша идентификаторларымен, сондай-ақ әр элемент үшін кері функциясы : R → R болатын F-алгебралар болып табылады. Бұл функциялардың бәрі бірдей кодоменді – R-ді бөліседі, сондықтан оларды 1 + 1 + R + R×R + R×R → R түріндегі жалғыз қолтаңба функциясына біріктіруге болады, аксиомалар арқылы ассоциативтілік, дистрибутивтілік және т.б. сипатталады. Бұл сақиналарды 1 + 1 + R + R×R + R×R қолтаңбасы бар жиынтар санатындағы F-алгебраларға айналдырады. Балама ретінде, абельдік топтар санатында F(R) = 1 + R×R функторын қарастыруға болады. Бұл жағдайда көбейту гомоморфизм болып табылады, яғни m(x + y, z) = m(x,z) + m(y,z) және m(x, y + z) = m(x,y) + m(x,z) теңдіктері орындалады, бұл дистрибутивтілік шарттарының өзі. Сондықтан, сақина – бұл абельдік топтар санатындағы 1 + R×R қолтаңбалы F-алгебра, көбейту үшін ассоциативтілік және бірлік аксиомаларын қанағаттандырады. Векторлық кеңістіктер мен модульдерге келсек, қолтаңба функторы скалярлық көбейтуді k×E → E қамтиды, ал F(E) = 1 + E + k×E қолтаңбасы өрістер немесе сақиналар санаты бойынша k-мен параметрленеді. Өрістегі алгебраларды жиынтар санатындағы 1 + 1 + A + A×A + A×A + k×A, модульдер санатындағы 1 + A×A (ішкі көбейтуі бар модуль) және сақиналар санатындағы k×A (скалярлық көбейтуі бар сақина) қолтаңбалы F-алгебралар ретінде қарастыруға болады, егер олар ассоциативті және бірлік болса.
Rings, domains and fields are also F algebras with a signature involving two laws +,•: R×R → R, an additive identity 0: 1 → R, a multiplicative identity 1: 1 → R, and an additive inverse for each element : R → R. As all these functions share the same codomain R they can be glued into a single signature function 1 + 1 + R + R×R + R×R → R, with axioms to express associativity, distributivity, and so on. This makes rings F algebras on the category of sets with signature 1 + 1 + R + R×R + R×R. Alternatively, we can look at the functor F(R) = 1 + R×R in the category of abelian groups. In that context, the multiplication is a homomorphism, meaning m(x + y, z) = m(x,z) + m(y,z) and m(x,y + z) = m(x,y) + m(x,z), which are precisely the distributivity conditions. Therefore, a ring is an F algebra of signature 1 + R×R over the category of abelian groups which satisfies two axioms (associativity and identity for the multiplication). When we come to vector spaces and modules, the signature functor includes a scalar multiplication k×E → E, and the signature F(E) = 1 + E + k×E is parametrized by k over the category of fields, or rings. Algebras over a field can be viewed as F algebras of signature 1 + 1 + A + A×A + A×A + k×A over the category of sets, of signature 1 + A×A over the category of modules (a module with an internal multiplication), and of signature k×A over the category of rings (a ring with a scalar multiplication), when they are associative and unitary.
Жатыр
Барлық математикалық құрылымдар F алгебрасы емес. Мысалы, P реттік жиынтығын категориялық терминдермен s:P × P → Ω морфизмі арқылы, субобъект жіктеуішінде (Ω = {0,1} жиынтықтар санатында және s(x,y) = 1 тек қана x≤y болғанда) анықтауға болады. Морфизмдерді пайдаланып, реттік жиынтықты анықтауға қатысты шектеулерді білдіретін аксиомаларды қайта жазуға болады. Дегенмен, s морфизмінің кодоменасы Ω, ал P емес болғандықтан, ол F алгебрасы емес. Алайда, кез келген екі элементінің жоғарғы және төменгі шектері бар жартылай реттік жиындар, және әсіресе толық реттік жиындар, F алгебралары болып табылады. Өйткені оларды алгебралық операциялар арқылы эквивалентті түрде анықтауға болады: x∨y = sup(x,y) және x∧y = inf(x,y), белгілі бір аксиомаларды (коммутативтілік, ассоциативтілік, сіңіру және идемпотенция) сақтай отырып. Осылайша, олар P x P + P x P қолтаңбасы бар F алгебралары болып табылады. Көбінесе тораптар теориясы реттік теория мен әмбебап алгебрадан қарыз алады деп айтылады.
Қайталануы
Жиынтықты жиынтықтар санатына жіберетін, дизъюнктивті біріктіру арқылы берілген әдеттегі копродуктті білдіретін және терминалдық объекті (яғни, кез келген бір элементті жиынтық) болып табылатын функторды қарастырайық. Одан кейін, функциялар мен функциясының копродуктісі болып табылатын функциясымен бірге натурал сандар жиыны F-алгебра болып табылады.
Бастапқы F-алгебра
Егер берілген эндофунктор F үшін F алгебралар санатында бастапқы объекті болса, онда ол бастапқы алгебра деп аталады. Жоғарыда келтірілген мысалдағы алгебра – бастапқы алгебра. Бағдарламалауда қолданылатын әртүрлі шекті деректер құрылымдары, мысалы тізімдер және ағаштар, нақты эндофункторлардың бастапқы алгебрасы ретінде алынуы мүмкін. F функторын қолданып ең кішкентай тұрақты нүкте құрастыру арқылы анықталған типтер, егер типке қатысты параметрлік қағида сақталса, бастапқы F алгебрасы ретінде қарастырылуы мүмкін. Универсалды алгебраға да қараңыз.
Терминал F-көмір алгебрасы
Дуальдық тұрғыдан алғанда, ең үлкен бекітілген нүкте және терминалды F коалгебра ұғымдары арасында ұқсас қатынас бар. Оларды күшті нормализация қасиетін сақтай отырып, ықтимал шексіз объектілерге мүмкіндік беру үшін қолдануға болады.