Полукольцо (Hklrtkl,ek)

Перейти к навигации Перейти к поиску

Полукольцо — общеалгебраическая структура, похожая на кольцо, но без требования существования противоположного по сложению элемента.

Определения

[править | править код]

Множество , с заданными на нем бинарными операциями и , называется полукольцом, если для любых элементов выполняются следующие условия:[1][2][3]

  1.  — коммутативный моноид. То есть имеют место свойства:
  2.  — полугруппа. То есть, дополнительно, имеет место свойство:
  3. Умножение дистрибутивно относительно сложения:
    • Левая дистрибутивность:
    • Правая дистрибутивность:
  4. Мультипликативное свойство нуля:

Для кольца последнее соотношение не требуется, поскольку оно следует из других, для полукольца оно необходимо. Отличие полукольца от кольца состоит только в том, что по сложению полукольцо образует не коммутативную группу, а только коммутативный моноид.

Полукольцо называется коммутативным, если операция умножения в нём коммутативна: .

Полукольцо называется полукольцом с единицей, если в нём существует нейтральный элемент по умножению (называемый единицей): .

Полукольцо называется мультипликативно (или аддитивно) сократимым, если из равенства (или, соответственно, ) следует, что .

Полукольцо называется идемпотентным, если для любого выполняется равенство

Примеры полуколец

[править | править код]
  • Полукольцо натуральных чисел с нулем.
  • Тривиальное полукольцо:
  • Двухэлементные полукольца: , , где обозначает дизъюнкцию, а  — логическую операцию «исключающее или» на множестве
  • Квадратные матрицы с элементами из полукольца натуральных чисел с нулем и операциями матричного сложения и умножения. Также полукольцо образуют квадратные матрицы с элементами из любого полукольца.
  • Если  — коммутативный моноид, то множество эндоморфизмов образует полукольцо, где сложение определено поточечно, а умножение — как композиция функций.
  •  — многочлены с натуральными коэффициентами — образуют коммутативное полукольцо; это свободное коммутативное полукольцо с единственным генератором .
  • Вероятностное полукольцо — неотрицательные действительные числа с обычными операциями сложения и умножения[2].
  • и  — полукольца вещественных чисел, в которых сложение определено как взятие максимума (соответственно минимума), а умножение — как обычное сложение вещественных чисел. Для первого случая подмножество должно быть четко ограничено снизу, для второго - сверху.

Приложения

[править | править код]

Идемпотентные кольца, особенно и , часто используются в методах оценки персонала. Вещественные числа здесь обозначают «время прибытия» или «затраты», операция обозначает необходимость ожидать выполнения всех предпосылок для совершения действия (соответственно, обозначает способность выбрать наименее затратный вариант) и + обозначает сложение времени (затрат) при прохождении одного и того же пути.

Алгоритм Флойда — Уоршелла поиска кратчайших путей может быть переформулирован для вычислений над -алгеброй. Также и алгоритм Витерби поиска наиболее вероятной последовательности состояний в скрытой марковской модели может быть переформулирован для вычислений над -алгеброй вероятностей. Эти алгоритмы динамического программирования используют дистрибутивность соответствующих полуколец для расчета свойств при использовании большого (возможно, экспоненциально большого) числа переменных более эффективно, чем перечисляя каждую из них.

Полукольцо множеств

[править | править код]

Определения

[править | править код]

Полукольцо множеств[4] — система множеств , для которой выполнены следующие условия:

  • ;
  • ;
  • .

Таким образом, полукольцо множеств содержит в себе пустое множество, замкнуто относительно пересечения и любая разность множеств из полукольца множеств представима в виде конечного объединения дизъюнктных (попарно не пересекающихся) множеств, принадлежащих этому полукольцу множеств. Такие полукольца часто используются в теории меры.

Полукольцом множеств с единицей называют полукольцо множеств с таким элементом , что его пересечение с любым элементом полукольца множеств равно .

  • (обобщение третьей аксиомы) если множества являются элементами и подмножествами элемента , то их можно дополнить непересекающимися элементами до ;
  • если , тогда найдутся такие попарно непересекающиеся , что каждое из представимо в виде объединения некоторых из ;
  • для любого элемента полукольца система множеств — полукольцо;

Примечания

[править | править код]
  1. Berstel & Perrin (1985)
  2. 1 2 Lothaire (2005) p.211
  3. Sakarovitch (2009) pp.27-28
  4. Noel Vaillant, Caratheodory’s Extension Архивная копия от 14 апреля 2016 на Wayback Machine, on probability.net.

Литература

[править | править код]
  • François Baccelli, Guy Cohen, Geert Jan Olsder, Jean-Pierre Quadrat, Synchronization and Linearity (online version), Wiley, 1992, ISBN 0-471-93609-X
  • Golan, Jonathan S., Semirings and their applications. Updated and expanded version of The theory of semirings, with applications to mathematics and theoretical computer science (Longman Sci. Tech., Harlow, 1992, MR: 1163371. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1999. xii+381 pp. ISBN 0-7923-5786-8 MR: 1746739
  • Berstel, Jean; Perrin, Dominique. Theory of codes (неопр.). — Academic Press, 1985. — Т. 117. — (Pure and applied mathematics). — ISBN 978-0-12-093420-1.
  • Lothaire, M.[англ.]. Applied combinatorics on words (неопр.). — Cambridge: Cambridge University Press, 2005. — Т. 105. — (Encyclopedia of Mathematics and Its Applications). — ISBN 0-521-84802-4.