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离散数学:集合代数

离散数学集合论笔记,覆盖集合、子集、真子集、空集与集合代数的基础定义。

离散数学

恭喜你完成了数理逻辑的学习,现在迎接你的是更大的一坨:集合论。记得高中学过的集合吧。对,跟那玩意没多大关系,你很快就会知道了。


第6章 集合代数

6-1 集合的基本概念

  • 集合这个概念无法被精确定义。它将一系列具有相同属性的元素汇集成为一个整体。这些事物是这个集合的元素或成员。 表示集合有两种方法:列元素法和谓词表示法。 集合的元素不重复,且集合是无序的
  • 设A,B为集合,若B中的每个元素都是A的元素,称B是A的子集,称B被A包含,或A包含B,记作B ⊆ A(不被包含:B⊈A)。
  • 如果A ⊆ B且B ⊆ A,则A=B,称A,B相等。
  • 如果B ⊆ A且B ≠ A,称B是A的真子集,记作B ⊂ A。
  • 空集∅不包含任何元素,是任何元素的子集,且唯一。
  • 含有n个元素的集合称为n元集。
  • A的全体子集构成的集合称为A的幂集,记作P(A)。若A是n元集,则P(A)有2n个元素。

6-2 集合的运算

  • 并集A ∪ B、交集A ∩ B 相对补集:A − B,即A中有但B中没有的符号,可以理解为减号。 绝对差集:A ⊕ B,AB并集减去AB交集,即两个相对补集的并集 。 绝对补集:~A,给定全集E,绝对补集就是E对A的相对补集。
  • 广义交:∩A,A中所有元素的公共元素构成的集合,例如:

$$ A={a, {c, d},{c}}\ \cap A = a\cap{c} $$

  • 广义并:∪A,如果A的元素是集合,广义并A是A中集合元素之和。
  • 空集的广义并仍是空集。空集不能进行广义交。
  • 广义交,广义并,P(A)的优先级大于∩, ∪, −, ⊕。

6-3 有穷集的计数

  • 集合的关系和初级运算可以通过文氏图表现。
  • 有穷集的计数问题可以通过包含排斥原理求解。具体过程请看书。

6-4 集合恒等式

和公式、一阶逻辑一样,集合也有用于逻辑推理的恒等式。下面的恒等式列出了集合运算的主要算律。

  • 幂等律

$$ A \cap A = A\ A \cup A = A $$

  • 结合律,交换律
  • 分配律

$$ A \cap (B \cup C) = (A\cap B) \cup (A\cap C)\ A \cup (B \cap C) = (A\cup B) \cap (A\cup C) $$

  • 同一律

$$ A \cap E = A \ A \cup \emptyset = A $$

  • 零律

$$ A \cap \emptyset = \emptyset\ A \cup E = E $$

  • 排中律
  • 矛盾律
  • 吸收律

$$ A \cap(A \cup B) = A\ A \cup(A \cap B) = A $$

  • 德摩根律

    由于没找到~对应的公式符号,而且直接打的话会消失,所以排中律,矛盾律和德摩根律请至书中101页

第7章 二元关系

7-1 有序对与笛卡尔积

  • 将两个元素x和y按照一定顺序排列成的二元组称作一个有序对,记作<x,y>,其中x是它的第一元素,y是第二元素。将x,y颠倒组成的新有序对与原来的不相等。
  • 设A,B是集合,用A中的元素为第一元素,B中的元素为第二元素组成的有序对称作笛卡尔积,记作A × B。
  • 对于一般的集合,空集和A的笛卡尔积仍未空集。 一般来说,笛卡尔积不满足交换律,不满足结合律,但满足交换律。

7-2 二元关系

  • 将一个元素都是有序对的非空集合或空集称为二元关系(简称关系)。记作R0,如果 < x, y > ∈ R则有xRy。
  • 设A,B为集合,则AxB的任意子集所定义的二元关系称作从A到B的二元关系。特别地当A=B时称为A上的二元关系,∅称为A的空关系。
  • 全域关系EA是指AxA中除却空集外的所有关系的集合。 如A={ 1, 2 },EA = { < 1, 1>, < 1, 2>, < 2, 1>, < 2, 2 > }
  • 恒等关系IA是A中单个元素组成的关系,如IA = { < 1, 1>, < 2, 2 > }
  • 小于等于关系LA是<x, y>且x≤y。
  • 整除关系DA是<x, y>,且y能被x整除。
  • 设R的关系矩阵的第i,j元素为0时xi,xj不满足R关系;为1时满足R关系。
  • R的关系图记作GR。如果xiRxj成立,就有一条线从xi指向xj。

7-3 关系的运算

  • R中有序对第一元素的集合为R的定义域,记作domR。 R中有序对第二元素的集合为R的值域,记作ramR。 定义域和值域的并集称为R的域,记作fldR。
  • R的逆关系为R−1,就是将x,y颠倒位置。 < x, y > → < y, x>。
  • 设F,G为二元关系,G对F的右复合记作F ∘ G。有点像合并两个二元关系 < 1, 2 > < 2, 3 > → < 1, 3>。 用符号表示为: F ∘ G = { < x, y > | ∃t( < x, t >  ∈ F ∧ < t, y >  ∈ G)} 亦可以定义左复合,不做赘述。
  • R在A的限制,记作R ↑ A,指R中<x, y>且x在集合A中。
  • R在A的像,记作R[A],即ran(R ↑ A),就是上面定义中的y。 ⊆  ⊈  ⊂  ⊂ ∅ ∪ ∩ ⊕ × ∈ F ∘ G↑