Karakteristik kuantitatif dari relasi



Teori relasi dalam matematika dan dalam sejumlah bidang studi (pengambilan keputusan, basis pengetahuan dan data, linguistik matematika, pemodelan proses, dll.) Memainkan peran yang sangat mencolok, tetapi masih jauh dari selesai. Seperti di cabang lain dari pengetahuan matematika, hasil terkenalnya berhubungan lebih luas dengan pertanyaan dan masalah keberadaan satu atau lain objeknya daripada masalah penghitungannya. Tampaknya setiap peneliti dalam cabang teori tertentu harus tertarik pada gambaran umum dan lengkap dari objek yang menarik dan ketergantungannya, untuk mengamati panorama penuh. Namun sayang, sangat bermasalah untuk melakukan ini, karena tidak ada yang membuat atau menawarkan panorama (gambar) seperti itu. Bahkan katalog hubungan yang diusulkan dalam pekerjaan tidak menutup masalah.



Contoh sederhana. Bertahun-tahun yang lalu dalam buku [1 hal. 207] saya menemukan paragraf seperti itu.
Teori himpunan berurutan sebagian masih mengandung banyak masalah yang belum terpecahkan. Bahkan pertanyaan tentang jumlah himpunan yang dapat dibangun dari sejumlah n elemen tertentu belum ada jika nโ‰ฅ6. Perhitungan langsung hanya berhasil menetapkan bahwa jika S (n) adalah banyaknya himpunan yang terurut sebagian, maka S (2) = 3, S (3) = 19, S (4) = 219, S (5) = 4231, dan bilangan S (n) untuk himpunan non-isomorfik ditemukan hanya untuk n = 4 dan n = 5 unsur: Sn (4) = 16 dan Sn (5) = 63.


Tentang ini, tulis kepala departemen Universitas Negeri Moskow Rybnikov K.A. Saya ingin mendalami ini lebih dalam dan tampaknya saya dapat mencoba mencari solusi, setidaknya entah bagaimana memperluas daftarnya, dan yang paling penting - membuat daftar pesanan parsial, melihat penyebarannya dalam kenyataan dengan propertinya. Hanya untuk menggantungkan hasilnya di dinding. Saya akui bahwa banyak usaha telah dikeluarkan, untuk mengembangkan program penelitian, membuat model urutan parsial yang dapat diterapkan, menulis program dan men-debugnya, komputer memutar algoritma yang diprogram selama puluhan jam. Pernyataan seseorang (dari yang hebat) muncul di benak saya bahwa dasar matematika seharusnya bukanlah angka, tetapi urutan, maka seharusnya banyak teorema akan menerima bukti yang lebih sederhana dan lebih transparan.



Kita telah belajar menghitung jumlah relasi pada pembawa himpunan besar dan menghitung relasinya, tetapi kita gagal mendapatkan rumus yang ketat bahkan untuk bilangan S (n). Saya ingat saat ini sebagai periode pertumbuhan kreatif intensif saya sendiri dan kolega saya, ketika setelah hampir setiap keluaran hasil komputer dan analisis mereka, ide muncul untuk memodifikasi, meningkatkan model, algoritme, koreksi dilakukan untuk menguji hipotesis baru, tetapi sesuatu yang signifikan ( mungkin otak ) tidak cukup.



Apa yang berhasil saya buka (dapatkan) saya berikan di bawah ini dalam teks. Ngomong-ngomong, hasil peneliti asing lainnya sama dengan milik kami, tetapi mereka hanya melaporkan angka S (n) dan tidak menyebutkan pencacahan sebagian pesanan.



Kami mulai dari yang kecil. Daftar lengkap relasi biner untuk himpunan n-carrier apa pun telah diketahui dan dapat diperoleh dengan mudah. Mereka mencari jawaban atas pertanyaan: berapa banyak, untuk n tertentu, ada relasi dengan satu properti tetap, dengan sepasang properti, dengan tiga, dll. Faktanya adalah bahwa dengan data ini, dimungkinkan untuk membangun bukan enumerasi, tetapi algoritma langsung untuk enumerasi relasi semacam itu yang dengan mengikuti Aturan Razor Occam, mereka tidak menghasilkan esensi tambahan.



Di sini selanjutnya kita akan berbicara tentang mendapatkan hasil seperti itu untuk hubungan biner (BO).

Jadi, ada n-set-carrier BO dan daftar lengkap semua BO, serta daftar properti BO:



- refleksivitas; antirefleksivitas; refleksivitas parsial;

- simetri; antisimetri; asimetri; asimetri;

- transitivitas; anti-transitivitas;

- pesanan lemah; pesanan ketat; pesanan parsial; sempurna (linier);

- toleransi;

- kesetaraan;

- siklus;

- kelengkapan.



Karakteristik kuantitatif dari jenis-jenis hubungan biner



Hubungan tidak hanya dapat memiliki satu properti tertentu, tetapi juga kumpulan pasangan, kembar tiga, dll. Properti. Penggunaan hubungan semacam itu dalam praktiknya adalah situasi yang umum. Jadi, misalnya, setiap sikap toleransi (indiferen) memiliki dua sifat: simetri dan refleksivitas. Kumpulan properti ini menentukan jenis hubungan toleransi.



Jenis hubungan lain muncul dari hubungan toleransi, jika kita memerlukan dari hubungan tersebut kelayakan daftar properti yang diperluas: simetri, refleksivitas dan transitivitas. Jelas bahwa mungkin tidak semua relasi toleransi berubah menjadi transitif, tetapi relasi yang memiliki himpunan tiga properti bernama akan membentuk jenis relasi baru yang disebut kesetaraan.



Himpunan relasi ekivalen ternyata bertumpuk dalam himpunan relasi toleransi. Misalnya, dalam katalog, jenis relasi ini disorot dengan mengisi (8 toleransi dan hanya 5 di antaranya yang ekuivalen). Muncul pertanyaan tentang jumlah BO dengan satu set properti atau salah satunya.



Refleksivitas



Relasi ฮฑ = <, A> pada himpunan A = {1,2,...,n} bersifat refleksif (memiliki sifat refleksivitas) jika setiap pasangan (i,i) memenuhi hubungan ini. Di sini M adalah grafik (bukan grafik) dari hubunganiฮฑi,iั”A,i=1(1)|A|...



Dengan kata lain, diagonal utama matriks grafik, rasio, diisi dengan satu. Semua simpul pada grafik relasi refleksif memiliki loop. Sikap anti reflektif jika tidakiั”A,i=1(1)|A| tidak dilakukan iฮฑi... Dalam hal ini, matriks relasi antirefleksif ฮฑ pada diagonal utama tidak memiliki satu kesatuan yaitu ada nol, dan graf yang bersesuaian tidak memiliki simpul pada simpul manapun.



Akhirnya, relasi ฮฑ adalah non-reflektif jika untuk beberapa orangiั”A,iฮฑidijalankan, tetapi untuk orang lain tidak. Kami akan menganggap hubungan seperti itu sebagian refleksif. Matriks relasi non-reflektif pada diagonal utama berisi sebagian, sebagian - nol. Grafik dari relasi non-reflektif semacam itu tidak memiliki loop di semua simpul.



Contoh klasik dari relasi refleksif adalah diagonal utama representasi matriks, rasio unit (E = ฮ”), yaitu hubungan kesetaraan (dalam katalog no. 68). Grafik rasio ini dibentuk oleh titik-titik (pasangan) yang terletak di diagonal utama matriks dan pasangan yang sesuai(i,i),i=1(1)|A|, grafik tidak berisi titik lain.



Representasi matriks dari rasio ini sesuai dengan matriks identitas (E). Grafik hubungan diagonal dibentuk oleh simpul-simpul yang sesuai dengan elemen-elemen dari himpunan A yang diberikan loop. Hubungan diagonal sering dilambangkan denganฮ”...



Dalam kasus relasi refleksif, graf yang bersangkutan juga refleksif, dalam kasus relasi antirefleksif, grafnya antirefleksif. Jika untuk beberapa hubungan ฮฑ diketahui refleksif, maka komplemen แพฑ selalu antirefleksif, danฮฑโˆฉแพฑ=โˆ…,ฮฑโˆฉฮ”=ฮ”...



Untuk relasi antirefleksif ฮฒ, itu benarฮฒโˆฉฮ”=โˆ…...



Contoh 1 . Relasi โ‰ค (tidak lebih) pada himpunan N bersifat refleksif, dan relasi <(kurang) pada himpunan yang sama antireflexive.



Sikap โ€œmenjadi anak laki-lakiโ€ adalah anti-reflektif, karena tidak ada seorangpun yang adalah anaknya sendiri.

Untuk tujuan praktis, terkadang perlu menghitung jumlah relasi refleksif yang tersedia di himpunan lengkap relasi yang diberikan pada himpunan A dengan kardinalitas | A | = n.

Mari kita tunjukkan bagaimana perhitungan seperti itu dapat dilakukan. Kami akan mempertimbangkan matriks dari hubungan refleksif biner ฮฑ pada bidang. Itu selalu berisi semua titik diagonal.



Sisa titik yang sesuai dengan pasangan (i, j), banyaknya n ร— n - n = n (n - 1) yang mana, dapat dimasukkan ke dalam komposisi dan bilangan yang berbeda k, k = 0 (1) (n ร— n - n)ke dalam hubungan yang mungkin, yang, tentu saja, akan menjadi reflektif. Dengan menjumlahkan kombinasi k dari n (n-1) di atas k , jumlah total relasi refleksif ditentukan di



mana K = n (n-1) / 2 adalah jumlah busur (sisi) dalam graf n- simpul tanpa loop.



Jumlah hubungan non-reflektif didefinisikan sebagai selisih antara jumlah total hubungan pada A dan jumlah yang refleksif.





Ini mengikuti dari ekspresi ini yang berisi himpunan relasi non-reflektif(2nโˆ’1)kali lebih banyak hubungan daripada hubungan refleksif. Kelebihan rasio ini dihasilkan oleh keragaman kombinasi titik diagonal pada grafik, sedangkan komposisi dan jumlah titik yang tersisa diulangi begitu saja.



Jumlah relasi antirefleksif dari himpunan non-refleksif sama persis dengan jumlah relasi refleksif yaitu2n2โˆ’n... Ini mengikuti dari fakta bahwa korespondensi satu-ke-satu dapat dibangun antara hubungan refleksif dan antirefleksif: dari setiap hubungan refleksif, dengan menghilangkan semua titik diagonal, satu hubungan antirefleksif dapat diperoleh dan sebaliknya.



Simetri



Berdasarkan properti simetri, seluruh himpunan hubungan tidak dibagi menjadi empat kelas: simetris, asimetris. Yang terakhir, pada gilirannya, terbagi dalam tiga kelas: antisimetris, asimetris, dan asimetris lainnya.



Hubungan ฮฑ = <ร…, A> pada himpunan A adalah simetris (memiliki sifat simetri terhadap garis lurus yang bertepatan dengan diagonal utama grafik M) jika untuk beberapa pasangan(i,j)ั”Aร—A dari iฮฑjSebaiknya jฮฑi... Dengan kata lain, untuk pasangan mana saja((i,j)ั”ร…)dieksekusi di kedua arah, atau tidak sama sekali.



Pada grafik relasi simetris, jika sepasang simpul i dan j dihubungkan oleh sebuah busur (i, j), maka itu harus dihubungkan dengan sebuah busur (j, i). Grafik hubungan simetris adalah grafik biasa yang berorientasi simetris, atau hanya tidak berarah.



Rasio ฮฑ antisimetrik jika dariiฮฑj dan jฮฑimaka i = j.



Matriks rasio antisimetris tidak harus berisi semua yang ada di diagonal utama dan berisi satu dari dua posisi yang simetris terhadap diagonal utama: di atas diagonal atau di bawah diagonal. Grafik relasi ini dibentuk oleh simpul-simpul yang memiliki simpul-simpul untuk semua atau sebagian simpul, dan jika sepasang simpul (i, j) pada graf tersebut dihubungkan, maka ia selalu berupa busur yang hanya satu arah. Perhatikan bahwa untuk hubungan simetris dan antisimetris, beberapa titik diagonal dapat dimasukkan atau tidak.



Jika suatu relasi antisimetrik tidak mengandung satu titik diagonal, maka relasi tersebut dikatakan asimetris , yaitu asimetris . itu selalu anti-reflektif.



Contoh 2... Relasi (โ‰ค) pada himpunan N antisimetris, dan relasi (<) pada himpunan yang sama asimetris. Memang, dalam kasus pertama dariiโ‰คj dan jโ‰คi hanya bisa mengikuti i=j... Hubungan persamaan (=) pada N simetris, hubungan ฮฑ = A ร— A juga simetris.



Untuk rasio simetris apa pun ฮฑ, nilainya selalu benarฮฑ=ฮฑโˆ’1 dan ฮฑโˆ’1juga simetris. Untuk hubungan antisimetris,ฮฑโˆฉฮฑโˆ’1โІโˆ†A... Hubungan umum, grafik yang berisi titik-titik simetris dan titik-titik asimetris, tidak simetris. Hubungan ini asimetris, tetapi tidak antisimetris, dan tidak asimetris.



Sifat simetri juga dimanifestasikan dalam hubungan n-ary. Relasi R di set=x1,x2,โ€ฆ,xn adalah relasi n-ary simetris jika itu, bersama dengan elemennya <xi1,xi2,โ€ฆ,xin>ั”R berisi urutan apa pun <xj1,xj2,โ€ฆ,xjn>dibentuk oleh permutasi anggota himpunan X.



Perhatikan juga bahwa hubungan asimetris selalu antirefleksif; Relasi biner non-reflektif dan transitif selalu asimetris. Untuk latihan dan untuk melakukan kalkulasi, jumlah relasi yang memiliki properti tertentu terkait dengan simetri grafik adalah yang menarik. Mari kita hitung rasio semacam itu untuk himpunan sembarang A dari kardinalitas | A | = n.



Dalam argumen kami, kami akan mengandalkan properti refleksivitas, yang, seperti banyak lainnya, belum dipelajari secara mendalam. Bahkan analisis dangkal dari himpunan semua hubungan memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa itu selalu dapat dibagi2nkelas-kelas yang berukuran sama, dan komposisi relasi yang membentuk kelas-kelas ini mengikuti pola tertentu.



Himpunan relasi pada semua kelas memiliki struktur yang sama, hanya berbeda pada jumlah dan komposisi titik diagonal, yang keseluruhan ragamnya ditentukan oleh bilangan tersebut.2n... Mari kita tentukan keadaan diagonal suatu relasi untuk n tetap dengan jumlah dan komposisi titik-titik di atasnya dan milik relasi tertentu. Jelas bahwa, untuk tetap, himpunan status pengisian sel diagonal ditentukan oleh Boolean2โˆ†, di mana โˆ† adalah himpunan lengkap titik-titik diagonal grafik bujur sangkar Kartesius dari kardinalitas | โˆ† | = n.



Jadi, dalam teori relasi, hanya dua keadaan ekstrim yang secara tradisional telah dipertimbangkan dan dipelajari: apakah semua titik diagonal termasuk dalam relasi dan itu refleksif, atau relasinya tidak mengandung titik diagonal, dan kemudian bersifat anti-reflektif.



Kita akan menyebut semua keadaan antara dengan satu titik diagonal, dengan dua, dan seterusnya, refleksivitas parsial dari orde k k = 0 (1) n, dan relasi semacam ini refleksif sebagian. Jadi relasi refleksif sebagian dari orde nol adalah relasi antirefleksif dan sebagian relasi refleksif orde n hanyalah relasi refleksif.



Perhatikan bahwa semua status dapat diurutkan sebagai elemen Boolean dari himpunan โˆ†. Pendekatan yang diusulkan memungkinkan kami untuk menguraikan cara menganalisis berbagai properti dan menghitung jumlah hubungan dengan properti individu atau agregatnya.



Biarkan hubungan dianggap refleksif dan simetris. Simetrisinya rasio ditentukan oleh adanya pasangan titik-titik di dalamnya, yang terletak pada matriks rasio secara simetris terhadap diagonal relatif. Untuk sembarang n pasangan seperti itu, adaCn2... Mari kita nyatakan himpunan pasangan ini dengan simbol S.



Kemudian seluruh variasi hubungan simetris dan refleksif akan ditentukan oleh Boolean2S... Banyak dari hubungan semacam itu akan dibahas lebih rinci nanti, tetapi di sini kita akan mengatakan bahwa itu membentuk ruang ketidakpedulian atau toleransi. Jelas bahwa jumlah rasio toleransi ditentukan oleh kekuatan boolean2S, yaitu 2Cn2...



Di bawah dalam tabel. 1 menunjukkan nilai jumlah rasio toleransi untuk nilai awal n dari segmen bilangan asli.



Tabel 1 . Jumlah BO yang toleran





Sekarang mudah untuk menghitung kardinalitas dari semua hubungan simetris, karena ada atau tidaknya titik diagonal tidak mengubah sifat simetri. Himpunan hubungan simetris dilambangkan dengan simbol SM. Kemudian kardinalitas himpunan ini untuk n tetap ditentukan oleh rumus

|SM|=2nยท2Cn2=2Cn+12,

dimana n adalah jumlah titik diagonal dari rasio tersebut. Meja 2 menunjukkan nilai | SM | untuk beberapa n.



Tabel 2 . Jumlah BO yang simetris





Sekarang mari kita beralih ke perhitungan hubungan asimetris, yang himpunannya akan dilambangkan dengan AS. Hubungan ini dicirikan oleh fakta bahwa semua titik diagonal tidak ada di dalamnya dan tidak ada sel dari matriks dari hubungan yang berada di luar diagonal yang memiliki yang simetris. Dengan kata lain, ini adalah seperangkat hubungan anti-reflektif dan antisimetris.



Kardinalitas himpunan ini dapat ditentukan dari ekspresi

|AS|=ฮฃk=0KCKkยท2k=3Cn2,

dimana K =Cn2...



Kami mendapatkan rumus tereduksi untuk menghitung kardinalitas himpunan AS - hubungan asimetris untuk kardinalitas pembawa tertentu | A | = n. Menurut definisi, semua relasi himpunan AS adalah antirefleksi; oleh karena itu, diagonal utama dalam matriks relasi kosong, dan elemen unit hanya dapat ditempatkan di setengah dari posisi matriks yang tersisa, yaitu. diCn2=(n2โˆ’n):2sel.



Jadi, anggaplah sebuah relasi asimetris mengandung k-elemen (titik, pasangan berurutan) 0 โ‰ค k โ‰คCn2... Jumlah relasi dengan jumlah elemen seperti itu jelas akan sama dengan jumlah kombinasi dariCn2oleh k.



Dalam hal ini, dengan masing-masing elemen k kita mengasosiasikan sepasang posisi simetris: satu di atas diagonal utama matriks, yang lain di bawah diagonal. Karena dalam setiap pasangan sebuah elemen dapat berada di salah satu dari dua posisi, maka boolean muncul untuk mengakomodasi elemen k2npeluang.



Lewat sini,Cn2 Adalah banyaknya pilihan k pasang posisi dari Cn2=K pasangan yang tersedia dalam representasi matriks relasi, dan 2n- jumlah peluang untuk mengatur elemen k di posisi di setiap pasangan. Jumlah relasi yang mengandung elemen k didefinisikan sebagai hasil kali dari jumlah pilihan pasangan posisi dengan jumlah opsi untuk mengatur elemen k ini, yaitu2kCKk...



Jumlah total relasi dalam himpunan AS diperoleh dengan menjumlahkan produk yang diperoleh di atas semua nilai k dari nol hingga maksimum yang diizinkan K =Cn2=K, yaitu

|AS|=ฮฃk=0KCKkยท2k=3Cn2,

dimana K =Cn2...



Contoh 3. Misalkan kardinalitas himpunan pendukung | A | = 5. Hitung jumlah hubungan asimetris menggunakan rumus yang ditemukan. Mari kita tentukan nilai batas atas K dalam penjumlahannya, K =Cn2= 10. Data perhitungan untuk penjumlahan diberikan dalam tabel. 3.



Tabel 3 . Karakteristik BO





Ada cara lain untuk menghitung kardinalitas himpunan AS. Ini didasarkan pada penghitungan jumlah pemetaan dari satu set pasangan posisi simetris ke dalam satu set keadaan di mana setiap pasangan tersebut dapat berada. Dalam hubungan asimetris, adaK=Cn2pasang posisi.



Setiap posisi dalam sepasang sel dapat ditempati oleh 0 atau 1, tetapi untuk pasangan posisi terdapat S = 3 status, yang kami nyatakan sebagai berikut:



- 1, jika elemen (1) ditempatkan di atas diagonal;

- 2, jika elemen (1) ditempatkan di bawah diagonal;

- 3 jika kedua posisi kosong (ditempati oleh nol).



Jadi, sepasang posisi simetris (dalam matriks hubungan) dapat berada di setiap

hubungan di salah satu dari tiga keadaan. Rumus untuk menghitung semua kemungkinan pemetaan himpunan pasangan posisi (dilambangkan dengan simbol K) ke dalam himpunan S negara bagian yang kita miliki:

ฯ†:Kโ†’S=>|AS|=|S||K|



Contoh 4 . Untuk kondisi contoh sebelumnya berbentuk | A | = 5, K = | K | =K=C52=10,| S | = 3, maka,|AS|=310=59049...



Hasil penghitungan dalam dua cara berbeda bertepatan, yang sekali lagi meyakinkan kebenaran rumus yang diperoleh. Jadi, kami telah memperoleh relasinya

3Cn2=ฮฃk=0KCKkยท2k,

dimana K =Cn2.



Mari menyerah di meja. 4 nomor hubungan asimetris | AS | untuk nilai kecil n.



Tabel 4. Jumlah BO asimetris





Memiliki rumus untuk menentukan jumlah hubungan asimetris, satu bisa mendapatkan yang lain - untuk menghitung jumlah hubungan antisimetris, karena ada atau tidaknya titik diagonal tidak mengubah sifat antisimetri dari relasi.



Jadi, kami menunjukkan himpunan hubungan antisimetrik dengan simbol ANS, kemudian kardinalitas himpunan ini akan ditentukan oleh rumus|ANS|=2n

|ANS|=2nฮฃk=0KCKkยท2k=ฮฃk=0KCKkยท2k+n=2n3Cn2,

dimana K =Cn2



Di bawah ini adalah tabel. 5 berisi nilai (ANS) untuk n = 3 (1) 5.



Tabel 5 . Jumlah BO antisimetrik





Berikut ini, kita membutuhkan konsep yang mudah diperkenalkan di sini.



Bagian simetris dari relasi biner ฮฑ disebut (dan dilambangkanฮฑ(S) ) sikap ฮฑ(S)=ฮฑโˆฉฮฑโˆ’1dan rasio ฮฑ()=ฮฑ\ฮฑ(S) (dilambangkan ฮฑ()) disebut bagian asimetrisnya. Dalam kasus tertentu ketika rasio ฮฑ simetris,ฮฑ(S)=ฮฑ dan ฮฑ(S)selalu simetris; jika ฮฑ asimetris, makaฮฑ()=ฮฑ dan ฮฑ() selalu asimetris.



Transitivitas (Latin Transitivus - transisi, dari transitus - transisi)

- salah satu sifat hubungan. Relasi = <M, A> yang didefinisikan pada himpunan A bersifat transitif jika adai,j,kั”A kondisi puas: dari iฮฑj dan jฮฑk Sebaiknya iฮฑk...



Dengan kata lain, untuk relasi transitif dari keberadaan unsur-unsur dalam komposisinya (iฮฑk) dan (kฮฑj) maka itu berisi elemen ( iฮฑj). Untuk graf relasi, properti ini berarti jika sepasang simpul (iฮฑj) dihubungkan oleh lintasan berorientasi melewati simpul k dan dibentuk oleh 2 busur berurutan ( iฮฑk), ( kฮฑj), maka simpul yang sama dihubungkan langsung oleh busur tunggal (iฮฑj). Untuk elemen matriks [ij] dari relasi transitif ฮฑ dari ikยทkj=1 Sebaiknya ij=1...



Definisi properti transitivitas untuk relasi biner mengasumsikan bahwa relasi tersebut mengandung setidaknya tiga elemen (pasangan terurut). Dan bagaimana properti ini memanifestasikan dirinya dalam hubungan satu elemen, kosong, atau hanya berisi dua elemen?



Semua hubungan tunggal dan kosong bersifat transitif. Relasi dua elemen dapat bersifat transitif dan nontransitif jika pasangan yang termasuk di dalamnya mengandung elemen yang sama j. Busur grafik yang berhubungan dengan pasangan terurut diarahkan ke satu arah (membentuk rute non-transitivitas yang berorientasi).



Misalnya, biarkan (i,j ) ั” ฮฑ dan (j,k) ั” ฮฑ. Definisi yang dirumuskan mensyaratkan: agar relasi ฮฑ menjadi transitif, harus ada pasangan ketiga (busur) di dalamnya, yaitu, (i,k), tetapi karena tidak ada, properti transitivitas untuk ฮฑ tidak terpenuhi.



Jika, seperti sebelumnya, relasi hanya berisi dua pasangan dengan elemen yang samajั”A, tapi seperti itulah elemen umum jั”A berada di posisi yang sama di kedua pasangan (j,i), (j,k ) atau (i,j),

(k,j), dan busur pada grafik diarahkan ke arah yang berbeda, maka relasi seperti itu bersifat transitif, karena tidak diperlukan penyertaan pasangan ketiga dalam relasi tersebut.



Relasi transitif juga akan terjadi ketika dua pasangan tidak memiliki elemen yang sama. Contoh relasi transitif adalah: "persamaan" (=), karena i = k, k = j berarti i = j; "Saya lebih besar dari j"; dalam geometri - "paralelisme garis lurus". Contoh hubungan non-transitif: "tegak lurus garis lurus" dalam geometri; "Saya tidak sama dengan j".



Dalam literatur tentang hubungan, seseorang dapat menemukan berbagai konsep yang mencirikan transitivitas: transitivitas lemah, transitivitas kuat, transitivitas negatif, anti-transitivitas, anti-transitivitas lemah, transitivitas umum, penutupan transitif.dan beberapa lainnya. Di sini, upaya dilakukan untuk mensistematisasikan berbagai corak manifestasi properti transitivitas dalam hubungan.



Untuk relasi transitif ฮฑ, relasinyaฮฑโ€“1juga selalu transitif. Perpotongan sejumlah relasi transitif yang berubah-ubah adalah relasi transitif. Jika kita menganggap relasi แพฐ, yang merupakan perpotongan dari semua relasi transitif yang mengandung relasi ฮฑ, maka แพฐ disebut penutup transitif dari relasi ฮฑ.



Penutupan transitif แพฐ dapat dibangun untuk setiap relasi ฮฑ sesuai dengan aturan dariiแพฐj berikut:



(โˆƒ1,2,โ€ฆ,s)(iฮฑ1ฮ›1ฮฑ2ฮ›โ€ฆฮ›sฮฑj)...



Relasi แพฐ adalah relasi transitif terkecil yang mengandung ฮฑ. Jika ฮฑ bersifat transitif, maka ia bertepatan dengan penutupan transitifnya ฮฑ = แพฐ dan sebaliknya.



Saat merepresentasikan relasi biner transitif dengan graf berarah, dimungkinkan untuk merepresentasikan bukan seluruh digraf, tetapi hanya kerangka transitifnya, yaitu. busur yang menghubungkan awal dan akhir setiap rute yang lebih panjang dari satu tidak akan digambar. Dalam kasus ini, kita katakan bahwa kerangka transitif dari grafik diambil untuk relasi ฮฑ . Ini operasi pada dasarnya adalah kebalikan dari operasi penutupan transitif , di mana awal dan akhir setiap bersih dihubungkan oleh busur.



Dalam kasus umum, properti transitivitas tidak dipenuhi sehubungan dengan operasi penggabungan relasi. Menggabungkan dua hubungan transitifฮฑ1 dan ฮฑ2bersifat transitif jika dan hanya jika salah satunya bersifat transitif terhadap yang lain. Untuk sepasang hubungan binerฮฑ1 dan ฮฑ2orang dapat mempertimbangkan transitivitas salah satunya relatif terhadap yang lain.



Begituฮฑ1bersifat transitif sehubungan dengan ฮฑ2di bawah kondisi berikut:



1) dari(i,k)ั”ฮฑ1(k,j)ั”ฮฑ2 Sebaiknya (i,j)ั”1;

2) dari(i,k)ั”ฮฑ2(k,j)ั”ฮฑ1 Sebaiknya (i,j)ั”ฮฑ1...



Dalam kasus kapanฮฑ1=ฮฑ2=ฮฑtransitivitas relatif adalah transitivitas biasa.



Pernyataan berikut diketahui tentang properti transitivitas, simetri, dan asimetri suatu relasi. Jika relasi biner adalah transitif, maka bagian simetrisnyaฮฑ(S) dan ฮฑ()bagian asimetris juga transitif.



Kebalikannya hanya benar jikaฮฑ(S), ฮฑ() transitif dan ฮฑ() relatif transitif ฮฑ(S)... Secara umum, dari transitivitasฮฑ(S) dan ฮฑ()transitivitas ฮฑ tidak mengikuti.



Komposisi relasi transitif ฮฑ dengan dirinya sendiri memenuhi relasi ฮฑ ยท ฮฑ โІ ฮฑ. Suatu relasi ฮฑ bersifat negatif transitif (nontransitif) jika komplemennya transitif, yaitu แพฑ. Dalam matriks relasi semacam itu [ฮฑij ] dari ฮฑik=0 dan ฮฑkj=0 Sebaiknya ฮฑij=0... Transitivitas negatif dari ฮฑ tidak mengesampingkan fakta bahwa ฮฑ itu sendiri juga dapat menjadi transitif.



Dalam hal ini, ฮฑ dikatakan sebagai relasi yang sangat transitif . Elemen matriks [ฮฑij ] sikap seperti itu dicirikan oleh fakta itu ikยทkj=1 Sebaiknya ij=1, dari ik=kj=0 Sebaiknya ij=0...



Bersamaan dengan relasi transitif kuat, relasi transitif lemah (pseudotransitif) dipertimbangkan , yang mencakup relasi tempat kondisi dariiฮฑ(S) dan ฮฑj Sebaiknya iฮฑj... Transitivitasnya mengikuti asimetri dan transitivitas negatif.



Relasi ฮฑ selesai secara transitif jika ada ฮด dariK1ฮฑK2,K2ฮฑK3,โ€ฆ,K(ฮดโˆ’1)ฮฑKฮด,

perbandingannya mengikutiK1 dan Kฮด, yaitu dieksekusi jugaK1ฮฑKฮด atau KฮดฮฑK1...



Siklus



Hubungan yang ditentukan pada himpunan A dapat dilihat dari sudut pandang adanya siklus di dalamnya. Akan lebih mudah untuk melakukan pertimbangan seperti itu pada grafik hubungan. Grafik hubungan siklik selalu berisi setidaknya satu kontur tertutup (rute). Mengabaikan panah mengubah jalur menjadi lingkaran. Grafik hubungan asiklik tidak berisi siklus dan disebut asiklik atau tidak terkontrol .



Relasi = <ร…, A> adalah siklik jika setidaknya satu rantai bentuk dapat dibentuk dari elemen-elemen himpunan AiฮฑK1,K1ฮฑK2,โ€ฆ,K(ฮดโˆ’1)ฮฑKฮด,KฮดฮฑKipanjang sewenang-wenang ฮด. Grafik M dari penutupan transitif untuk hubungan siklik berisi setidaknya satu pasang (i,i), dan untuk hubungan asiklik ฮฑ tidak berisi pasangan seperti itu.



Relasi = <, A> adalah asiklik jika untuk โ‰ฅ1 ada kondisi dariiฮฑK1,K1ฮฑK2,โ€ฆ,K(ฮดโˆ’1)ฮฑj Sebaiknya iโ‰ j... Dalam matriks [ฮฑij] hubungan asiklik dari iK1K1K2...K(ฮดโˆ’1)j=1i โ‰  j mengikuti. Hubungan asiklik selalu asimetris, tetapi sebaliknya tidak benar. Dengan kata lain, jika beberapa puncaki dan jgrafik ฮฑ hubungan asiklik dihubungkan dengan cara; maka tidak ada busur pada grafik (j,i). Turnamen transitif



adalah contoh grafik klasik dengan properti ini . Titik-titik dari grafik tersebut dapat dinomori ulang, di bawahnya untuk sembarang busur (i,j) jumlah titik puncak j lebih besar dari pada titik puncak i.



Jika ฮฑ adalah relasi biner transitif antirefleksif, maka itu adalah asiklik. Ketajaman dan kelengkapan transitif dari relasi menyiratkan transitivitasnya.



Kelengkapan



Properti kelengkapan (kesempurnaan, linieritas). Seluruh rangkaian hubungan dibagi menjadi tidak lengkap dan lengkap , di antaranya, pada gilirannya, yang sangat lengkap menonjol. Kami akan mengilustrasikan properti kelengkapan relasi dengan mempertimbangkan grafik relasi.



Grafik relasi lengkap selesai, mis. dua dari simpulnya terhubung langsung oleh setidaknya satu busur, mis. berbatasan. Karena setiap busur dalam grafik sesuai dengan titik (elemen, pasangan) dari grafik hubungan, maka berdasarkan hal di atas, definisi dapat dirumuskan.



Relasi = <ร…, A> selesai (sempurna, linier) jika dan hanya jika semua elemen himpunan A sebanding atau sama satu sama lain. Jadi, keseluruhan sikap bersifat reflektif. Dengan kata lain, untuk dua elemen apa puni dan j adil (iฮฑjVjฮฑiVi=j)...



Jika dalam relasi ฮฑ setidaknya ada satu pasangi, jelemen yang tak tertandingi dan tidak setara, maka hubungan ini tidak lengkap. Untuk rasio total apa pun ฮฑ,โˆ†UฮฑUฮฑโˆ’1=Aร—A atau dari iแพฑj Sebaiknya jฮฑi... Relasi biner ฮฑ selesai jika dan hanya jika(a)=(d), yaitu ketika bagian asimetrisnya bertepatan dengan relasi rangkap (item 9) .



Hubungan biner ฮฑ sangat lengkap jika grafiknya bertepatan dengan A ร— A. Grafik relasi ini adalah grafik lengkap di mana setiap pasangan simpul dihubungkan oleh sebuah sisi, dan setiap simpul memiliki satu lingkaran. Grafik seperti itu disebut grafik sangat lengkap. Rasio total ฮฑ selalu memenuhi hubunganแพฑโŠ‚ฮฑโˆ’1 dan ฮฑโˆ’1โŠ‚แพฑโˆช(ฮฑโˆฉฮฑโˆ’1)... Sikapฮฑโˆช(แพฑโˆฉฮฑd)=ฮฑโˆช(แพฑ)(S)selalu kenyang.



Jikaฮฑ1 dan ฮฑ2 hubungan lengkap, lalu ฮฑ1ยทฮฑ2penuh. Dalam matriks [ฮฑij] hubungan penuh ฮฑij=1 atau ฮฑji=1karena i, j, atau kedua persamaan adalah benar. Relasi ฮฑ lengkap lemah (terhubung lemah) jika adai,jั”A seperti yang iโ‰ jatau iฮฑjatau jฮฑi...



Dalam matriks [ฮฑij] dari hubungan lengkap lemah untuk i โ‰  j, atau ฮฑij=1atau ฮฑji=1, atau keduanya benar. Suatu relasi ฮฑ lengkap secara transitif jika, untuk sembarang n dariiฮฑK1,K1ฮฑK2,โ€ฆ,K(nโˆ’1)ฮฑin perbandingan berikut i1โ‰กin itu. i1ฮฑin atau inฮฑi1...



Mari hitung jumlah hubungan lengkap. Pertama, pertimbangkan masalah garis. Garis dalam matriks rasio adalah ruas garis lurus yang tegak lurus dengan diagonal utama matriks rasio, yang menghubungkan pusat dua sel (sel) matriks yang letaknya secara simetris relatif terhadap diagonal ini.



Jika dua atau lebih pasang posisi simetris jatuh pada satu garis (garis lurus) dalam matriks rasio, maka jumlah garisnya tetap sama dengan jumlah pasangan posisi tersebut. Jumlah total pasangan posisi untuk sembarang n didefinisikan sebagaiCn2=L...



Jadi, dalam matriks untuk relasi arbitrer atas himpunan A, ada himpunan L segmen paralel (garis). Mari kita tentukan posisi akhir segmen (garis) dengan simbol L - kiri dan P - kanan. Juga tersedia | L | chip yang dapat ditempatkan pada posisi di ujung garis. Tantangannya adalah untuk menentukan jumlah cara yang memungkinkan untuk mengatur | L | chip sehingga setidaknya ada satu chip di setiap baris.



Jelas bahwa soal dapat dikurangi untuk menentukan jumlah F dari pemetaan f: L โ†’ ฯ€ dari himpunan L garis ke dalam himpunan posisi ฯ€ (n = {A, P}). Diketahui bahwa jumlah pemetaan ditentukan oleh rumusF=|||L|... Sebuah pemetaan tertentu (gambar) dapat memiliki bentuk <P, P, L, L, L,โ€ฆ, L, P> dari urutan indeks untuk | L | posisi. Simbol L sesuai dengan posisi di bawah diagonal utama, dan simbol P, yang simetris dengan posisi di atas diagonal.



Dari definisi rasio total dapat disimpulkan bahwa grafiknya mengandung setidaknya K poin, K =Cn2ditempatkan: sehingga semua baris ditempati oleh setidaknya satu chip. Jumlah k titik pada grafik, selain jumlah minimum yang diperlukan, dapat melewati nilai k = 0 (1) K =Cn2...



Untuk setiap jumlah k poin tetap, himpunan pilihan posisi di mana mereka dapat ditempatkan ditentukan oleh nilainyaCk, dengan K adalah himpunan posisi kosong. Karena k poin tambahan sepenuhnya mengisi k garis, maka untuk memastikan properti kelengkapan rasio, tetap mengisi posisi K - k dengan chip (poin dari himpunan minimum yang diperlukan), dan jumlah tambalan tersebut adalah2โˆ’k...



Pilihan posisi untuk k poin tambahan dan metode pengisian garis K-k dengan chip tidak bergantung. Oleh karena itu, jumlah total kemungkinan untuk menempatkan titik K + k pada posisi 2 โˆ™ K sehingga semua garis ditempati oleh setidaknya satu titik ditentukan oleh ekspresi tersebut.Ckยท2โˆ’k,k=0(1).



Jika kita menjumlahkan ekspresi ini, maka kita mendapatkan jumlah hubungan lengkap, yang tidak tergantung pada situasi penempatan titik diagonal. Dengan kata lain, itu adalah jumlah relasi lengkap sebagian refleksif, misalnya, anti refleksif dan refleksif penuh dan lengkap, dll.



Contoh 5 . Variasi situasi untuk menempatkan titik diagonal ditentukan oleh jumlahnya2n... Kemudian kardinalitas himpunan semua relasi lengkap untuk n tetap ditentukan oleh rumus



=2nยทโˆ‘k=0Ck2โˆ’k=โˆ‘k=0Ck2+nโˆ’k...



Untuk relasi dengan tiga properti wajib.



Untuk relasi ekivalen dengan tiga properti wajib. Ada hasil yang luar biasa: setiap relasi ekivalen pada himpunan n elemen berada dalam korespondensi satu-ke-satu dengan partisi himpunan ini. Jumlah relasi tersebut ditentukan oleh rumus



Bn=โˆ‘m=0nS(n,m), di mana S (n, m) adalah bilangan Stirling dari jenis kedua, Bn adalah bilangan

Bell , atau dalam bentuk berulang



Bn+1=โˆ‘k=0nCnkBk.



Untuk set terurut (pesanan parsial), rumus seperti itu tidak terbuka dan jumlahnya ditentukan oleh perhitungan langsung, yaitu. pemodelan. Untuk nilai n yang kecil, datanya ditunjukkan pada



Tabel 6 . Karakteristik kuantitatif dari hubungan biner





Tabel 6. menunjukkan: n = | A | - kardinalitas pembawa-set;

2n2- jumlah semua relasi biner pada himpunan A;

| Dalam (n) | - jumlah kelas relasi non-isomorfik;

| (n) | - jumlah hubungan urutan parsial;

| Gn (n) | - jumlah kelas adalah hubungan non-isomorfik dengan urutan parsial;

| Gl (n) | = n! - jumlah hubungan orde linier.



Kesimpulan



Dalam pekerjaan ini, analisis rinci dari sifat dasar dan struktur rasio biner dilakukan, yang didasarkan pada kemungkinan untuk mendapatkan karakteristik kuantitatif untuk BO dengan satu atau lebih sifat. Menemukan dan menyajikan rasio asli untuk jumlah beberapa jenis relasi dengan dua dan tiga properti yang diperlukan. Hasil ini membuka kemungkinan pemodelan dan mempelajari BO dan hubungan arity yang lebih tinggi.



Daftar literatur bekas



  1. Aigner M. Combinatorial Theory. - M .: Mir, 1982.
  2. Birkhoff G. Teori struktur. - M .: IL, 1952.-408 hal.
  3. Noden P., Kitte K. Algoritma Aljabar. - M .: Mir, 1999. - 720 hal.
  4. Rybnikov K.A. Pengantar analisis kombinatorial. -M .: Ed. Universitas Negeri Moskow, 1972. -256s.
  5. Stanley R. Kombinatorik Enumeratif. Vol. 1.- M .: Mir, 1990. - 440p.
  6. Stanley R. Kombinatorik Enumeratif. T.2.- M .: Mir, 2005. - 767s.
  7. Shikhanovich Yu.A. Pengantar matematika modern. Konsep awal. -M .: Nauka, 1965. - 376p.



All Articles