Кіріспе
Тензорлық көбейтінділерді қабылдайтын категорияМатематикада моноидалдық категория (немесе тензорлық категория) – табиғи изоморфизмге дейін ассоциативті болатын бифунктормен жабдықталған категория, сондай-ақ ⊗ үшін сол және оң сәйкестік болатын I объектісі, қайтадан табиғи изоморфизмге дейін. Бұл табиғи изоморфизмдерге белгілі бір үйлесімділік шарттары қойылады, олар барлық қатысты диаграммалардың дұрыс болатынын қамтамасыз етеді. Көптеген жағдайларда, қарапайым тензорлық көбейтінді векторлық кеңістіктерді, абельдік топтарды, R модульдерін немесе R алгебраларын моноидалдық категорияларға айналдырады. Моноидалдық категорияларды осы және басқа да мысалдардың жалпылауы ретінде қарастыруға болады. Кез келген (кішкентай) моноидалдық категорияны негізгі моноидтың «категориялық бейнесі» ретінде қарастыруға болады, атап айтқанда, оның элементтері категорияның объектілерінің изоморфизм кластары болып табылады, ал екілік операциясы категорияның тензорлық көбейтіндісімен анықталады. Моноидалдық категорияларды абстракция ретінде қарастыруға болатын тағы бір ерекше қолданыс – екі типті қабылдап, жиынтық тип құратын типтік конструкторға қатысты жабық дерек типтері жүйесі. Типтер объектілер рөлін атқарады, ал ⊗ жиынтық конструктор болып табылады. Изоморфизмге дейінгі ассоциативтілік – бұл бірдей деректерді жинақтаудың әртүрлі тәсілдерінің (мысалы, ) бірдей ақпаратты сақтауын білдіреді, тіпті жиынтық мәндері әртүрлі болса да. Жиынтық тип қосым (типтік қосынды) немесе көбейту (типтік көбейтінді) операцияларына ұқсас болуы мүмкін. Типтік көбейтінді үшін сәйкестік объектісі – бірлік, сондықтан типтің тек бір ғана мәні бар, сондықтан онымен көбейтінді әрқашан екінші операндқа изоморфты болады. Типтік қосынды үшін сәйкестік объектісі – ешқандай ақпарат сақтамайтын бос тип, және оның мәніне жүгіну мүмкін емес. Моноидалдық категория тұжырымы мұндай жиынтық типтердің мәндерін бөліп алуға болатынын талап етпейді; керісінше, ол классикалық және кванттық ақпарат теориясын біріктіретін құрылымды ұсынады. Категориялар теориясында моноидалдық категориялар моноидтық объект ұғымын және категорияның объектілеріне қатысты әрекетті анықтау үшін қолданылады. Олар байытылған категорияны анықтауда да қолданылады. Моноидалдық категориялардың категориялар теориясынан тыс көптеген қолданыстары бар. Олар интуиционистік сызықтық логиканың көбейту фрагменті үшін модельдерді анықтау үшін қолданылады. Сонымен қатар, олар конденсирленген заттар физикасындағы топологиялық тәртіптің математикалық негізін құрайды. Тоқылған моноидалдық категориялар кванттық ақпарат, кванттық өріс теориясы және іс тізбегі теориясында қолданылады.
that is associative up to a natural isomorphism, and an object I that is both a left and right identity for ⊗, again up to a natural isomorphism. The associated natural isomorphisms are subject to certain coherence conditions, which ensure that all the relevant diagrams commute. The ordinary tensor product makes vector spaces, abelian groups, R modules, or R algebras into monoidal categories. Monoidal categories can be seen as a generalization of these and other examples. Every (small) monoidal category may also be viewed as a "categorification" of an underlying monoid, namely the monoid whose elements are the isomorphism classes of the category's objects and whose binary operation is given by the category's tensor product. A rather different application, for which monoidal categories can be considered an abstraction, is a system of data types closed under a type constructor that takes two types and builds an aggregate type. The types serve as the objects, and ⊗ is the aggregate constructor. The associativity up to isomorphism is then a way of expressing that different ways of aggregating the same data—such as and —store the same information even though the aggregate values need not be the same. The aggregate type may be analogous to the operation of addition (type sum) or of multiplication (type product). For type product, the identity object is the unit , so there is only one inhabitant of the type, and that is why a product with it is always isomorphic to the other operand. For type sum, the identity object is the void type, which stores no information, and it is impossible to address an inhabitant. The concept of monoidal category does not presume that values of such aggregate types can be taken apart; on the contrary, it provides a framework that unifies classical and quantum information theory. In category theory, monoidal categories can be used to define the concept of a monoid object and an associated action on the objects of the category. They are also used in the definition of an enriched category. Monoidal categories have numerous applications outside of category theory proper. They are used to define models for the multiplicative fragment of intuitionistic linear logic. They also form the mathematical foundation for the topological order in condensed matter physics. Braided monoidal categories have applications in quantum information, quantum field theory, and string theory.
Мысалдар
Кез келген шекті өнімдері бар категорияны моноидалдық ретінде қарастыруға болады, мұнда өнім – моноидалдық өнім, ал соңғы объект – бірлік. Мұндай категория кейде картезиялық моноидалдық категория деп аталады. Мысалы:
Set, демек жиынтардың категориясы, карталық көбейтіндісімен, кез келген бір элементті жиын бірлік ретінде қызмет етеді. Cat, демек кіші категориялардың категориясы, өнім категориясымен, бір объектісі және тек оның өзіндік бейнесі бар категория бірлік болып табылады. Двойалды түрде, кез келген шекті копродукттері бар категория копродуктты моноидалдық өнім ретінде және бастапқы объектіні бірлік ретінде моноидалды болады. Мұндай моноидалдық категория кокартезиялық моноидалдық категория деп аталады.
R Mod, демек коммутативті сақина R үстіндегі модульдердің категориясы, модульдердің тензорлық көбейтіндісі ⊗R моноидалдық өнім ретінде қызмет етеді, ал сақина R (өзінің үстіндегі модуль ретінде қарастырылатын) бірлік ретінде қызмет етеді. Арнайы жағдайларда:
K'' Vect, демек өріс K үстіндегі векторлық кеңістіктердің категориясы, бір өлшемді K векторлық кеңістігі бірлік ретінде қызмет етеді. Ab, демек абельдік топтардың категориясы, Z бүтін сандар тобы бірлік ретінде қызмет етеді. Кез келген коммутативті R сақинасы үшін R алгебраларының категориясы моноидалды болады, алгебралардың тензорлық көбейтіндісі көбейтінді ретінде, ал R бірлік ретінде қызмет етеді. Нүктелік кеңістіктердің категориясы (мысалы, тығыз туынды кеңістіктермен шектелген) моноидалды болады, соққы көбейтіндісі көбейтінді ретінде, ал нүктелік 0 сферасы (екі нүктелі дискретті кеңістік) бірлік ретінде қызмет етеді. C категориясының барлық эндофункторлардың категориясы – функторлардың композициясы көбейтінді ретінде, ал сәйкестік функторы бірлік ретінде қатаң моноидалдық категория болып табылады. Дәл сол сияқты, кез келген E категориясы үшін, кез келген берілген объектінің толық ішкі категориясы моноид болып табылады. Кез келген 2 E категориясы үшін және кез келген C объектісі үшін Ob(E) бойынша {C} арқылы қамтылған толық 2 ішкі категориясы моноидалдық категория болып табылады. E = Cat жағдайында жоғарыда көрсетілген эндофункторлардың мысалын аламыз. Жоғары жарымтақтағылар қатаң симметриялық моноидалдық категориялар болып табылады: көбейтінді – кездесу, ал сәйкестік – жоғарғы элемент. Кез келген қарапайым моноид – объектілер жиынтығы бар шағын моноидалдық категория, тек морфизмдер үшін сәйкестіктер, тензорлық өнім ретінде және оның сәйкестік объектісі ретінде. Керісінше, моноидалдық категорияның изоморфизм кластарының жиынтығы (егер мұндай нәрсе мағыналы болса) тензорлық көбейтіндіге қатысты моноид болып табылады. Кез келген коммутативті моноидты бір объектісі бар моноидалдық категория ретінде жүзеге асыруға болады. Естеріңізге сала кетейік, бір ғана объектісі бар категория қарапайым моноидқа тең. Экман-Хилтон аргументі бойынша, басқа моноидалдық өнімді қосу үшін өнімнің коммутативті болуы қажет.
Set, the category of sets with the Cartesian product, any particular one element set serving as the unit. Cat, the category of small categories with the product category, where the category with one object and only its identity map is the unit. Dually, any category with finite coproducts is monoidal with the coproduct as the monoidal product and the initial object as the unit. Such a monoidal category is called cocartesian monoidal
R Mod, the category of modules over a commutative ring R, is a monoidal category with the tensor product of modules ⊗R serving as the monoidal product and the ring R (thought of as a module over itself) serving as the unit. As special cases one has:
K'' Vect, the category of vector spaces over a field K, with the one dimensional vector space K serving as the unit. Ab, the category of abelian groups, with the group of integers Z serving as the unit. For any commutative ring R, the category of R algebras is monoidal with the tensor product of algebras as the product and R as the unit. The category of pointed spaces (restricted to compactly generated spaces for example) is monoidal with the smash product serving as the product and the pointed 0 sphere (a two point discrete space) serving as the unit. The category of all endofunctors on a category C is a strict'' monoidal category with the composition of functors as the product and the identity functor as the unit. Just like for any category E, the full subcategory spanned by any given object is a monoid, it is the case that for any 2 category E, and any object C in Ob(E), the full 2 subcategory of E spanned by {C} is a monoidal category. In the case E = Cat, we get the endofunctors example above. Bounded above meet semilattices are strict symmetric monoidal categories: the product is meet and the identity is the top element. Any ordinary monoid is a small monoidal category with object set , only identities for morphisms, as tensor product and as its identity object. Conversely, the set of isomorphism classes (if such a thing makes sense) of a monoidal category is a monoid w. r. t. the tensor product. Any commutative monoid can be realized as a monoidal category with a single object. Recall that a category with a single object is the same thing as an ordinary monoid. By an Eckmann Hilton argument, adding another monoidal product on requires the product to be commutative.
Қасиеттер мен байланысты ұғымдар
Үш когеренттілік шартынан, морфизмдері , , , сәйкестіктер және тензорлық көбейтінділер арқылы құрылған диаграммалардың үлкен класы коммутативті болады: бұл Мак Лейннің "когеренттілік теоремасы". Кейде барлық мұндай диаграммалар коммутативті деп қате айтылады. Моноидты категорияда моноидты объектінің жалпы түсінігі бар, ол абстрактілік алгебрадан моноидтың дәстүрлі түсінігін кеңейтеді. Дәстүрлі моноидтар – бұл карталық моноидтық категориядағы моноидты объектілер. Бұдан әрі, кез келген (кішкентай) қатаң моноидтық категорияны Cat санатындағы моноидтық объекті ретінде қарастыруға болады (картезиялық көбейтіндіден туындаған моноидтық құрылыммен жабдықталған). Моноидтық функторлар – тензорлық көбейтіндіні сақтайтын моноидтық категориялар арасындағы функторлар, ал моноидтық табиғи түрлендірулер – сол функторлар арасындағы, тензорлық көбейтіндімен "үйлесімді" табиғи түрлендірулер. Кез келген моноидтық категорияны тек бір объектісі бар B категориясы ретінде қарастыруға болады, ол ∗ деп белгіленеді. C категориясының моноидтық M категориясымен байытылған түсінігі, C-дегі объектілер жұптары арасындағы морфизмдер жиынының түсінігін, C-дегі кез келген екі объекті арасындағы морфизмдердің M-объектісімен алмастырады.
Мамандандыру
Егер моноиділдік санатта және когеренттік шарттармен үйлесімді түрде табиғи түрде изоморфты болса, онда біз тоқылған моноиділдік санат туралы айтамыз. Егер, сонымен қатар, бұл табиғи изоморфизм өзіне кері болса, онда бізде симметриялық моноиділдік санат бар. Жабық моноиділдік санат – функтордың оң жақ қосымшасы бар моноиділдік санат, ол "ішкі Hom функторы" деп аталады. Мысалдарға жиынтықтар санаты (Set) және FdVect, шекті өлшемді векторлық кеңістіктер санаты сияқты компактты жабық санаттар жатады. Автономды санаттар (немесе тығыз жабық санаттар немесе қатаң санаттар) – жақсы қасиеттері бар дуалдарға ие моноиділдік санаттар; олар FdVect идеясын абстракттайды. FdHilb, шекті өлшемді Хилберт кеңістіктері идеясын абстракциялап, қосымша пышақ функторымен жабдықталған, пышақ симметриялық моноиділдік санаттар. Бұларға пышақ компактты санаттар кіреді. Таннакиандық санаттар – сызықтық алгебралық топтардың өкілдік санаттарына өте ұқсас, өріс бойынша байытылған моноиділдік санаттар.