偏序关系
偏序关系
偏序关系：同时具有自反、反对称和传递性
4.6 偏序关系
定义4.21
设R为非空集合A 上的一个二元关系，如果R是自反的、反对 称的和传递的，则称R为A 上的偏序关系，记作≤。设≤是 偏序关系，若<x, y>≤，则记作x≤y，读作x“小于或等 于”y。集合A 与A 上的偏序关系≤一起组成的有序对<A, ≤> 叫做偏序集。 如以下关系都是偏序关系： 1 非空集合A 上的恒等关系IA。 2 实数集R上的“”、“”关系。
4.6 偏序关系
定义4.24
设<A, ≤ > 为偏序集，对于任意的x, yA，如果x < y并且不存在z∈A使得 x<z<y，则称y盖住x。作为集合A 上的一个二元关系，盖住关系C O V A 可表示 为：
C O V A={<x, y> |x, y∈A y盖住x} 根据定义4.24，<x, y>，
<x, y > ∈ C O V A y盖住x x ≤y <x, y>∈ ≤ 所以C O V A ≤ 。
4.6 偏序关系
对于偏序集<A, ≤ >，它的盖住关系C O V A 是唯一的，所以可以利用盖住关系 作图，表示该偏序集<A, ≤ > 。这个图叫作哈斯图。 偏序集<A, ≤>的哈斯图的画法如下： 1 用“”表示A 中的每一个元素； 2 x, yA，若x<y，则把x画在y的下面； 3 x, yA，若y盖住x ，则用一条线段连接x和y。
例 33
已知偏序集<A, R > 的哈斯图如下 解： 图,试求出集合A 和关系R的 表达式.
A = {a, b, c,d, e, f,g, h }
偏序
x(( x B) a((a A) (a x))) ，则称 a 为 B 的下界。
(3) 设 C={yy 是 B 的上界} A，C 的最小元称为 B 的最小上界（上确界）。 (4) 设 C={yy 是 B 的下界} A，C 的最大元称为 B 的最大下界（下确界）。
注意：上、下界不唯一，但上、下确界是唯一的。
解答
极小元：a,b,c,g 极大元：a,f,h。
没有最小元与最大元
说 明
哈斯图中的孤立顶点既是极小元也是极大元。
18
上界与下界举例
24 36
12 6 2 3
B
上界
无
12,24,36
下界
无
2,3,6 无 2,3,6
上确界
无
12 6 6
下确界
无
6 无 6
{2,3,6,1
2,24,36}
{6,12}
{2,3,6} 6,12,24,36
{6}
6,12,24,36
考虑右图中的偏序集。令B＝{b ，c，d}，则B的下界和最大下界 都不存在，上界有d和f，最小上 界为d。
19
1 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1
6
4
图 5.5.1 关系示意图 显然，偏序关系“”具有自反、反对称和传递性，因此<A，>是偏序集。
4
16
偏序集中的特殊元素
24
36 12 6
B
最大 元
最小 元 无 6 无 6
极大 元 24,26 12 6 6
极小 元 2,3 6 2,3 6
离散数学39偏序关系
偏序关系一、偏序关系和哈斯图1、定义3-12.1 若集合A上的二元关系R是自反的、反对称的和传递的，则称R是A的偏序关系，记作≼.设≼为偏序关系，如果<x,y>∈≼，则记作x≼y，读作“小于或等于”。
.序偶<A, ≼>称为偏序集合.（Partially Ordered Relations）注意：这里的“小于或等于”不是指数的大小，而是在偏序关系中的顺序性.x“小于或等于”y的含义是：依照这个序，x排在y的前边或者x就是y.根据不同偏序的定义，对序有着不同的解释.例如整除关系是偏序关系， 3 ≼ 6的含义是3整除6.大于或等于关系也是偏序关系，针对这个关系写5≼4是说大于或等于4,关系≼中5排在4的前边，也就是5比4大.注：和空关系都是A上的偏序关系， 1. 集合A上的恒等关系IA但全域关系E一般不是A上的偏序关系.A2. 实数域上的小于等于关系（大于等于关系），自然数域上的整除关系，集合的包含关系等都是偏序关系.定义设R为非空集合A上的偏序关系，定义(1) ∀x, y∈A, x ≺ y当且仅当 x ≼ y且x≠y;(2) ∀x, y∈A, x 与 y 可比当且仅当 x ≼ y 或 y ≼ x.注：在具有偏序关系的集合A中任二元素 x 和 y 之间必有下列四种情形之一：x ≺ y ，y ≺ x ，x=y ，x 与 y 不可比.例设A={1, 2, 3}(1) ≼是A上的整除关系，则：1 ≺ 2, 1 ≺ 3, 1＝1, 2＝2, 3＝3，2 和3 不可比；(2) ≼是 A 上的大于等于关系，则: 2 ≺ 1, 3 ≺ 1, 3 ≺ 2,1＝1, 2＝2，3＝3.2、定义3-12.2 在偏序集<A , ≼ >中，如果x,y∈A ， x ≼y，x ≠ y，且没有其他元素z满足x≼ z、z ≼y，则称元素y盖住元素 x.并且把所有具备盖住性质的续偶集合记作COV A，COV A={<x,y>| y盖住x }.例1A为正整数m＝12的因子的集合，并设≼为整除关系，求COV A.二、哈斯图（偏序集合图，Hasse Diagram）1、对于给定的偏序集<A，≼ > ，它的盖住关系是唯一的，所以可以用哈斯图表示偏序集合图.哈斯图作图规则：(1)用小圆圈代表元素.(2) 如果 X ≼ Y，且X ≠ Y，则将代表Y的小圆圈画在代表X的小圆圈之上.(3) 如果<X,Y> ∈COV A,则在X与Y之间用直线连接.2、哈斯图举例例2 画出偏序集A= {1,2,3,4,5,6,7,8,9}，≼为整除关系的哈斯图.例3 A={a,b,c}， 画出 <ρ(A), ⊆> 的哈斯图。
等价关系和偏序关系
等价关系和偏序关系等价关系和偏序关系是数学中常见的两种关系，它们在数学领域和其他学科中都具有重要的应用价值。
本文将从定义、性质和应用等方面，对等价关系和偏序关系进行详细介绍，并希望能够给读者提供一些指导意义。
首先，我们来介绍等价关系。
等价关系是指集合中的元素之间存在一种对等的关系，它可以将集合划分成若干个等价类。
在等价关系中，具有相同特征或性质的元素被划分到同一个等价类中，而具有不同特征或性质的元素则被划分到不同的等价类中。
换句话说，等价关系将集合中的元素划分为互不相交的子集，每个子集都代表一个等价类。
等价关系具有以下性质：1. 自反性：对于任意元素 a，a 和 a 相关。
2. 对称性：如果 a 和 b 相关，则 b 和 a 相关。
3. 传递性：如果 a 和 b 相关，b 和 c 相关，则 a 和 c 相关。
等价关系在数学中有广泛的应用，例如在代数、几何和数论等领域。
在代数中，等价关系可以帮助我们定义等价类，进而对集合进行分类和研究。
在几何中，等价关系可以帮助我们研究和描述图形的对称性质。
在数论中，等价关系可以帮助我们解决一些重要的数学问题，如素数分布等。
接下来，我们来介绍偏序关系。
偏序关系是指集合中的元素之间存在一种偏序的关系，它可以将集合中的元素按照某种方式进行排序。
在偏序关系中，元素的排列顺序可能是不确定的，即两个元素之间可能不存在比较关系。
与等价关系不同，偏序关系不能将集合划分为互不相交的子集，而是通过排序来比较元素之间的关系。
偏序关系具有以下性质：1. 反自反性：对于任意元素 a，a 和 a 不相关。
2. 反对称性：如果 a 和 b 相关且 b 和 a 相关，则 a 和 b 是相同的元素。
3. 传递性：如果 a 和 b 相关，b 和 c 相关，则 a 和 c 相关。
偏序关系在数学中也有广泛的应用，特别是在集合论、拓扑学、优化理论和离散数学等领域。
在集合论中，偏序关系可以帮助我们定义集合的包含关系和子集关系。
9.6偏序关系
9.6偏序关系9.6偏序关系(Partial Order)偏序(Partial Order)定义:偏序(Partial order)：定义在A上的集合R是偏序关系iff(当且仅当)其具有以下性质:1. ⾃反性(reflexive)2. 反对称性(antisymmetric)3. 传递性(transtive)NOTE: R记作≼，注意这⾥的≼不必是指⼀般意义上的“⼩于或等于”,若有x≼y，我们也说x排在y前⾯（x precedes y).偏序集(Partially ordered set)/(或简写为poset): 集合A及定义在其上的偏序关系R⼀起称为偏序集，记作(A, R)，A中的元素也称为偏序集中的元素.线序/全序(Linear Order)如果(A, ≤)是⼀个偏序集(poset)，那么对于其中的元素a和b,1. a≤b 或者 b≤a,那么称为可⽐的(Comparable)2. 即不存在a≤b，也不存在b≤a,那么称为不可⽐的(Imcomparable)如果偏序集A中每对元素(every pair of elements)都是可⽐的，那么我们就称A是线序集合(linearly ordered set)或全序集合(totally ordered set),称偏序关系R为线序或全序关系(linear order). 我们也称A为链(chain).良序集(Well-ordered set)定义:设集合(S,≤)为⼀全序集，≤是其全序关系，若对任意的S的⾮空⼦集，在其序下都有最⼩元素，则称≤为良序关系，(S,≤)为良序集。
拟序(Quasiorder)定义:定义在A上的关系R是拟序关系iff其具有以下关系1. 反⾃反性(irreflexive)2. 传递性(transitive)NOTE:满⾜反对称性的拟序关系就称为偏序关系乘积偏序(Product Partial Order)如果(A, ≤)和(B, ≤)都是偏序集，那么他们的笛卡尔积也是个偏序集，其偏序关系≤被定义为:如果在A中有a ≤ a'，在B中有b ≤ b'，那么(a, b) ≤ (a', b')词典顺序(Lexicographic Order)对于⼀个乘积偏序，(a, b) ＜ (a', b')在a ＜ a'(或a == a'并且b ＜ b')时成⽴那么我们称其为词典顺序(Lexicographic Order)或字典序(“dictionary” order)哈斯图(Hasse Diagram)哈斯图是有限集A上的偏序图，并且:删除了所有的⾃环(self-cycles)消除了由传递性⽣成的边⾃底向上的制图设(S, ≤)是⼀个poset. 若x＜y且不存在元素z∈S，使得x＜z＜y，则称y∈S覆盖x∈S.⽽y覆盖x的有序对(x, y)的集合也称为(S, ≤)的覆盖关系.可以看出，(S, ≤)的哈斯图的边与其覆盖关系是⼀⼀对应的.同构(Isomorphism)对应原理(Principle of Correspondence)两个有限同构偏序集必定具有相同的Hasse图.拓扑排序(Topological Sorting)极⼤元(maximal element)和极⼩元(minimal element)定义:偏序集中的⼀个元素称为极⼤(⼩)元，当它不⼩(⼤)于这个偏序集中的任何其他元素, 利⽤哈斯图很容易判别它们就是图中的"顶"("底")元素极⼤(⼩)元⼀定存在，且可能是不唯⼀的最⼤元(greatest element)和最⼩元(least element)定义:如果在偏序集中存在⼀个元素⼤(⼩)于任何其他的元素，那么称这样的元素为最⼤(⼩)元最⼤(⼩)元可能不存在，若存在则唯⼀最⼩上界(least upper bound)和最⼤上界(greatest lower bound)定义:如果存在⼀个元素u(l)∈S，使得对于偏序集(S, ≤)的⼦集A中的所有元素a，有a≼u(l≼a)，那么称u(l)为A的⼀个上(下)界，如果u(l)是所有上(下)界中最⼩(⼤)的，就叫最⼩上界(LUB)(最⼤下界(GLB))上界的最⼩元就叫最⼩上界；下界的最⼤元叫最⼤下界(Topological Sorting)定义:对⼀个有向⽆环图DAG(Directed Acyclic Graph)G进⾏拓扑排序，是将G中所有顶点排成⼀个线性序列，使得图中任意⼀对顶点u 和v，若边<u,v>∈E(G)，则u在线性序列中出现在v之前。
36偏序关系
3.6.2字典序 字典序 A1×A2×…×An上的字典序： n个偏序集（A1，≤），（A2，≤），…，（An，≤） 在A1×A2×…×An上定义偏序关系： (a1,a2,…,an)<(b1,b2,…,bn)⇔∃i，1≤i≤n-1，使 a1=b1,a2=b2,…,ai=bi,且ai+1<bi+1 串上的字典序： 偏序集（S，≤），a1a2…am、b1b2…bn是S上的串， t=min(m,n) a1a2…am<b1b2…bn⇔(a1,a2,…,at)<(b1,b2,…,bt)或 (a1,a2,…,at)=(b1,b2,…,bt),且m<n
图3-11 三个偏序集 的哈斯图
例 21 偏序集(Z+,|)是格吗？ 解 设a和b是两个正整数。这两个整数的最小下界和最 大下界分别是他们的最小公倍数和最大公约数，读者应能 验证这一点。因此这个偏序集是格。 例 22 确定偏序集({1,2,3,4,5},|)和({1,2,4,8,16},|)是否为格. 解 因为2和3在({1,2,3,4,5},|)中没有上界，它们当然没 有最小上界，因此第一个偏序集不是格。 第二个偏序集的每两个元素都有最小上界和最大下界。 在这个偏序集中两个元素的最小上界是他们中间较大的元 素，而两个元素的最大下界是它们间较小的元素，读者 应能验证这一点。因此第二个偏序集是格。 例 确定(P(S), ⊆)是否是格，其中S是集合。 解 设A和B是S的两个子集。A和B的最小上界和最大下界分 别是A∪B和A∩B，因此(P(S), ⊆)是格。
上界： 上界：A⊆S，a∈S ， 若∀x∈A，x≤a，则称a是A的上界 下界： 下界：A⊆S，a∈S ， 若∀x∈A，a≤x，则称a是A的下界 例 17 找出在图3-10所示哈斯图的偏序集的子集 ｛a,b,c｝,{j,h}和｛a,c,d,f｝的下界和上界。 解 ｛a,b,c｝的上界是e,f,j和h，它的唯一的下界是a。{j,h} 没有上界，它的下界是a,b,c,d,e和f。{a,c,d,f}的上界是f， h和j，它的下界是a。
偏序关系的定义
偏序关系的定义
偏序关系是指在一个集合中，存在一种关系，使得其中的某些元素可以被比较大小，而另一些元素则不能。
这种关系被称为偏序关系，也叫部分序关系。
偏序关系的性质
偏序关系具有以下性质：
1. 反自反性：对于任意元素a，a不与自己存在偏序关系。
2. 反对称性：如果a与b存在偏序关系，且b与a也存在偏序关系，则a=b。
3. 传递性：如果a与b存在偏序关系，b与c也存在偏序关系，则a与c也存在偏序关系。
4. 非对称性：如果a与b存在偏序关系，那么b与a不存在偏序关系。
偏序关系的应用
偏序关系在实际生活中有很多应用，例如：
1. 排序：偏序关系可以用来对一组数据进行排序，例如对学生成绩进行排名。
2. 选择：偏序关系可以用来进行选择，例如在购物时选择商品。
3. 比较：偏序关系可以用来比较两个事物的大小，例如比较两个人的身高。
4. 筛选：偏序关系可以用来筛选出符合条件的元素，例如筛选出符合要求的员工。
总结
偏序关系是一种重要的数学概念，在实际生活中有很多应用。
了解偏序关系的定义和性质，可以帮助我们更好地理解和应用它。
集合论--第9讲偏序关系
离散数学偏序关系第9讲定义9.1设R为非空集合A上的关系, 如果R是自反的、反对称的和传递的, 则称R为A上的偏序关系。
简称偏序, 记作≼。
设≼为偏序关系。
如果<x,y > ∈ ≼, 则记作x≼y, 读作“x小于等于y”。
意即：依据这个序，x排在y的前面或x就是y。
定义9.2设R是非空集合A上的偏序关系，定义(1) ∀x,y∈ A, x与y可比⇔x ≼y ∨ y ≼x。
(2)∀x,y∈ A, x ≺y ⇔x ≼y ∧ x≠y。
其中x≺y读作“x小于y”。
由上面定义可知，在具有偏序关系≼的集合A中任取两个元素x和y，可能有下述几种情况发生：x与y不可比；x≺y；y≺x；x=y。
定义9.3集合A和A上的偏序关系≼一起叫做偏序集，记作<A, ≼>。
利用偏序关系的自反性，反对称性和传递性可以简化一个偏序关系的关系图，得到偏序集的哈斯图。
我们需要下面覆盖的定义。
定义9.4设<A, ≼> 是偏序集， x,y∈ A ，如果x≺y且不存在z ∈ A使得x≺z≺y ，则称y覆盖x。
例子例9.1<A,≼>是偏序集,其中A＝{1,2,3,4,5}, ≼是整除关系。
解: 对任意x∈A都有1≼x,所以1和1,2,3,4,5都是可比的,但是2不能整除3,3也不能整除2,所以2和3是不可比的。
对于1和2来说,1≺2,并且不存在z∈A使得1整除z并且z整除2,所以,2覆盖1。
同样,4覆盖2,但4不覆盖1,因为有1≺2≺4成立。
如果x与y不可比,则一定不会有x覆盖y或y覆盖x。
哈斯图——关系图的简化哈斯图的画法1在关系图中去掉所有的自环。
2若y覆盖x，则保留从x到y的边，其它的边全去掉。
3若y覆盖x，将x放在下方，y放在上方，去掉边上的方向。
这一点是能做到的，因为偏序关系的关系图中无有向圈。
例子画出<{1,2,…,12},R 整除>和<P({a,b,c}), R >的哈斯图.例9.2179361211510248<{1,2,…,12},R 整除>{a}{b}{c}{b,c}{a,c}{a,b,c}{a,b}∅<P({a,b,c}), R >⊆⊆基本概念定义9.5设<A,≼>为偏序集,B ⊆A .①y∈B, y是B 的最小元: 若∀x(x∈B→y ≼x)成立。
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注：覆盖P的链数 P中任一反链的元素个数.
等价结论:有限偏序集中存在一个链覆盖和一个反链，它们 大小相等
Dilworth定理的归纳证明
证明. 按照P中元素个数（|P|=1, 2 …）进行归纳证明. 设a为P中的一个极大元素, P’ =P-{a} 设(P’,≼)有一个大小为k的反链{a1, a2, …, ak}，并有一个规模 为k的链覆盖{C1, C2, …, Ck}. 对任意Ci , P’中大小为k的任一反链均有唯一的元素属于Ci， 这些元素有一个最大元，记为xi. A={x1, x2, …, xk}必是反链。否则，不妨假设A中有两个元素 xi≼ xj. 根据xj的定义，P’中必有一个大小为k的反链Aj, xj是Aj 和Cj的公共元素，假设y是Aj和Ci的公共元素，则y≼ xi. 从而 y≼ xj.与Aj是反链矛盾.
x1 x2且x1 ≼ x2, 或者x1 = x2且y1 ≼ y2
易证R是AA上的偏序关系
给定有限字符集合，若在上有一个偏序关系，类似上述 办法，可以对任意正整数 k, 定义 k( 由 中字符构成的长度 为 k的串的集合 ) 上的偏序关系。加以适当的技术处理，则 容易定义 +(由 中字符构成的长度为任意正整数的串的集 合)上的偏序关系：字典关系
b
c a1 a2
….
….
ai ak
d
e
f
g
C
i 1
k
i
P(Ci互不相交）
Dilworth定理
链覆盖 是(P,≼)中一组互不相交的链, 它们一起包 含了P中的所有元素. Dilworth 定理 (1950) 在任意有限偏序集(P,≼)中, 覆盖P的最小链数等于 P中最长反链的长度（元素个数）.
自反性：对任意aA, {a}也必有最小元，即a≼a 传递性：假设a≼b, b≼c, {a, b, c}的最小元素只能是a, 因此a≼c 任何两个元素可比，上面已证明。
关于次序关系的进一步讨论
注意：良序结构上可以实施数学归纳法 全序是否一定是良序？ 当A是无穷集合时，全序不一定是良序
例如： (R， ), 任何开区间上没有最小元素
定义了偏序关系的集合称为偏序集，记作(A, ≼) 举例
集合包含关系 (2A, ), 其中A是集合
(Z+, |)，Z+是正整数集，“|”是整除关系
任意非空集合A上的恒等关系IA
既是偏序又是等价的关系
“字典顺序”
设≼是非空集合 A上的偏序关系，定义AA上的关系R如下：
(x1, y1) R (x2, y2) iff.
偏序集上的“小于”关系及覆盖
设(A, ≼)是偏序集
A上的“小于”关系≺定义如下：
x≺y iff x≼y xy 元素y覆盖x定义如下： x≺y ，且不存在zA使得 x ≺ z ≺ y
哈斯图
一般的关系图可以表示偏序关系
哈斯图(Hasse)：利用特定性质简化图示方法
利用自反性省略圈 利用反对称性省略箭头 利用传递性省略部分连线（覆盖）
良序 全序 偏序 偏序/全序/良序的逆关系是否仍为偏序/全序/良序？ 良序的逆关系不一定是良序
例如(N， )
链与反链
链与反链
设C是偏序集(P,≼)的一个子集
如果C中任何两个元素均可比，则C构成一个链 如果C中任何两个元素均不可比，则B构成一个反链
链与反链（示例）
a
元素个数最多的反链，含k个元素
b
c
cห้องสมุดไป่ตู้
b a
a
({a,b,c})上的包含关系
{a,b,c}
{a,c}
{a,b}
{b,c}
{a} {b}
{c}
{1,2,...,12}上的整除关系
9
12 8 10 11
7
6
4
5
3
2
1
{1,2,3,4,6,8,12,24}上的整除关系
24
8
12
4
6 3
2
1
偏序集中的特殊元素 ：极大(小)
x是偏序集(A,≼)中的极大元 iff.
注意：在通常的字典关系中，任何两个元素均可比。
全序：一种特殊的偏序关系
如果对a, bA，a≼b和b≼a中有一个成立，则a,b可比。
设 R是 A上的偏序关系，如果A中的任意两个元素都是 可比的，则称R是A上的全序关系（或线序关系） 举例（全序）
实数集上的“不大于” 关系、基于拉丁字母表的字典顺序
类似地可以定义下界、最大下界（ glb ），下确界。
有关上(下)界的讨论
不一定存在； 最小上界若存在，则必唯一。
从哈斯图看特殊元素
最大/极大 B的上界的集合 最小上界
子集B
极小
极小
拓扑排序（Topological sorting）
有向无环图上构造一种线性序 f g f e b
f
e b a d g c
对任意y∈A,若x≼y, 则x=y 对任意y∈A,若y≼x, 则x=y
没有比它更大 (小)的了！
x是偏序集(A,≼)中的极小元 iff.
有关极大元与极小元的讨论
不一定存在，但是，有穷集合一定有极大(小)元 不一定唯一
一个元素可能兼为极大(小)元
偏序集中的特殊元素 ：最大(小)
x是偏序集(A,≼)中的最大元 iff. 它比谁都要大 (小)！ 对任意y∈A, y≼x
c e d b a
d g
c a
良序
定义：给定集合 A上的偏序≼，若 A的任一非空子集均 存在最小元素，则该偏序为良序。 良序必为全序
对任意a,bA, {a,b}必有最小元，则a,b一定可比
实际上，“反对称性+任一非空子集存在最小元”就能 够保证全序性质（偏序性质+任何两个元素均可比）。
偏序关系
离散数学－关系
南京大学计算机科学与技术系
内容提要
偏序与全序
哈斯图
极大 (小)元、最大(小)元
上(下)界、上(下)确界
良序 链与反链（ Dilworth定理 ） 格及其性质
偏序关系的定义(Partial Order)
偏序关系：集合上的自反的、反对称的、传递的关系
通常记作 ≼
x是偏序集(A,≼)中的最小元 iff.
12
对任意y∈A, x≼y
6 4
有关最大元与最小元的讨论
可能不存在 若存在，必唯一。
3 2
偏序集中的特殊元素 ：上(下)确界
上界：对于偏序集(A,≼)和A的子集B，若存在yA， 对B中任意元素x, 均有x≼y,则y是B的上界。 最小上界：如果B的上界构成的偏序集有最小元， 则该最小元为B的最小上界（lub），上确界。