第七章 二元关系ppt课件.ppt
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1、1,2,3,一、有序对,由两个元素x和y(允许x=y),按一定顺序组成的二元组称为有序对,记作。,(1) 有序性 (当x y时) (2) = 的充分必要条件是 x=u y=v,如:平面直角坐标系中点的坐标。,二、笛卡儿积,4,设A, B为集合,用A中元素为第一个元素,B中元素为第二个元素构成有序对。 所有这样的有序对组成的集合叫做 A和B 的笛卡儿积,记作AB。 AB = | xA yB ,5,例:A=1,2, B=a,b,c AB =, BA =,注意:若|A|=m, |B|=n, 则 |AB|=mn。,6,2. 性质: 对任意集合A, A=A= 不适合交换律 ABBA (当AB A B时)
2、 不适合结合律 (AB)CA(BC) (当A B C 时), 对于并或交运算满足分配律 A(BC)=(AB)(AC) (BC)A=(BA)(CA) A(BC)=(AB)(AC) (BC)A=(BA)(CA),7,证明:A(BC)=(AB)(AC)证: 任取 A(BC) xAyBC xA(yByC) (xAyB)(xAyC) ABAC (AB)(AC) 所以有A(BC) = (AB)(AC).,8, A C B D AB CD,证明:任取 AB xA yB xC yD CD,注意:AC BD是否推出 A B C D ? 不一定! 反例如下: A=1,B=2, C=D=,9,10,一、二元关系的定
3、义,11,如果一个集合满足以下条件之一: (1)集合非空, 且它的元素都是有序对; (2)集合是空集, 则称该集合为一个二元关系, 简称为关系,记作R。如果R, 可记作 xRy;如果R, 则记作x y。,如:R=, S=,a,b. R是二元关系, 当a, b不是有序对时,S不是二元关系根据上面的记法,可以写 1R2, aRb, a c 等.,1. 二元关系,2. 从A到B的二元关系,12,设A,B为集合,AB的任何子集所定义的二元关系叫做从A到B的二元关系,当A=B时则叫做 A上的二元关系。,如:A=0,1, B=1,2,3, R1=, R2=AB, R3=, R4=. 那么 R1, R2,
4、R3, R4是从 A 到 B的二元关系,R3和R4同时也是 A上的二元关系。,|A|=n, |B|=m ,|AB|=nm,从A到B的二元关系有2nm个,A上的二元关系有 个。,3. A上的某些特殊二元关系,13, 空关系:对于任何集合A ,是A A的子集, 叫做A上的空关系。 全域关系EA :EA=|xAyA=AA 恒等关系IA:IA=|xA,如,A=1,2,则 EA=, IA=,4. A上的某些常用二元关系,14, 小于等于关系 LA: LA=| x,yAxy,AR, 整除关系DB:DB=| x,yBx整除y, BZ*, Z*为非0整数集。 包含关系R: R=| x,yAxy, A是集合族。
5、 类似的还可以定义大于等于关系,小于关系,大于关系, 真包含关系等等。,如:A = 1, 2, 3, B =a, b, 则 LA=, DA=,15,A=P(B)=,a,b,a,b, 则 A上的包含关系 R=, , ,二、二元关系的表示法,16,1. 集合表示法,17,例:设A=1,2,3,4, R=| x/y是素数是A上的关系,用列举法表示R。 解:R=,2. 关系矩阵,18,注意:A的元素个数确定行数; B的元素个数确定列数。 若R为A上的关系,则关系矩阵为n阶方阵。,19,3. 关系图 设A=a1, a2, , an,B=b1, b2, , bm,R是从A到B的一个二元关系,则对应关系R的
6、关系图是GR=,其中V为结点集,R为边集。如果属于关系R,在图中就有一条从 xi 到 xj 的有向边。,注意:A, B为有穷集,关系矩阵适于表示从A到B的关系或者A上的关系,关系图适于表示A上的关系。,20,例:A=1,2,3,4, R=,R的关系矩阵MR和关系图GR如下:,21,一、关系的集合运算,22,根据关系的定义知,关系就是集合,所以在第6章中所给出的集合的运算对于关系也适用。,设R和S是集合A到B的关系,则关系的并、交、相对补、绝对补、对称差运算为RS 、 RS、 RS、 R(S)、 RS。,注意: 1. A到B的全域关系为AB,它就是讨论 集合时的全集。 2. 若R和S是集合A上的
7、关系,则其运算后 仍是A上的关系;,返回,二、关系的基本运算,23,返回,1. 定义域、值域 和域,24,定义域domR = x | y (R) 值域ranR = y | x (R) 域fldR = domR ranR,例:R=, 则 domR=1, 2, 4 ranR=2, 3, 4 fldR=1, 2, 3, 4,2. 关系的逆运算,25,设R为二元关系,R1 称为R的逆关系。 R AB ,R 1 BA。 R1 = | R,例:设A=1,2,3,4 R=, , , R1=, , , ,26,注意: 1. 对任意关系R,都存在R1 。( -1=) 2. R和R1是建立在不同集合上的(A上的关
8、系除外) 。 3. 将R的关系图上所有弧线改变方向,就得到R1的关系图; R1的关系矩阵MR-1就是MR的转置矩阵(行列颠倒)。,3. 右复合,27,理解:x是t的母亲,t是y的妻子; x是t的父亲,t是y的父亲。FG = | t ( F G) ,例:设F=, , G= ,则 FG = GF =,28,注意: 1. 不是任意两个关系都求复合的, FAB , GBC , FG 才有意义; 2. 若F AB , G BA , FG、GF 都有意义;若F、G是A上的关系,则 FG、GF都有意义; 3. 即使FG、GF都有意义,也不能保 证FG=GF ;,29,例: A=0,1,2,3 , A上的关系
9、F,G定义如下,计算F G、G F。 F= | x, yA , y=x+1或y=x/2 G= | x, yA , x=y+2 解: F= , , , , G= , F G=, G F=,注意:求两个关系复合的时候,要注意它们 的顺序。,复合运算的图示方法,30,利用图示(不是关系图)方法求复合。 R=, , , S=, , , , RS = , , , SR =, , ,4. 限制与像,设R为二元关系,A是集合R在A上的限制,记作R A R A = | xRy xA(2) A 在R下的像记作RA = ran(RA),31,例:R=, , , R1=, R1=2,4 R= R1,2=2,3,4,
10、注意:R AR, RA ranR,红色是限制条件,在R中寻找满足条件的元素。“限制”是有序对的集合。,运算顺序,32,本节所定义的关系运算中逆运算优先于其他运算,而所有的关系运算都优先于集合运算,对于没有规定优先权的运算以括号决定运算顺序。,返回,三、基本运算的性质(定理7.1-7.5),33,定理7.1 设F是任意的关系, 则 (1) (F1)1=F (2) domF1=ranF, ranF1=domF证: (1) 任取, 由逆的定义有 (F 1)1 F1 F所以有 (F1)1=F (2) 任取x, xdomF1 y(F1) y(F) xranF 所以有domF1= ranF. 同理可证 r
11、anF1 = domF.,34,定理7.2 设F, G, H是任意的关系, 则 (1) (FG)H=F(GH) (2) (FG)1= G1F1 证: (1) 任取, (FG)H t(FG H) t (s (FG) H) t s (F GH) s (Ft (GH) s (FGH) F(GH) 所以 (FG)H = F(GH),35,(2) 任取, (FG)1 FG t ( F (t,x) G) t ( G1 (t,y) F1) G1F1 所以 (FG)1 = G1F1,36,定理7.3 设R为A上的关系, 则 RIA=IAR=R,定理7.4 设F、G、 H为任意的关系,则: (1) F (G H
12、 ) =F G FH (2) (G H ) F = G F HF (复合运算对运算满足分配律) (3) F (G H ) F G F H (4) (G H ) F G F H F (复合运算对 运算分配后是包含关系),37,定理7.5 设F为关系,A、B为集合,则: (1) F (A B)= F A F B (2) FA B= FA F B (3) F (A B)= F A F B (4) FA B FA F B,返回,四、关系的方幂运算,38,在右复合运算的基础上定义关系的幂运算。,按定义直接求解;关系矩阵;关系图。,1. 定义,39,设R为A上的关系, n为自然数, 则 R 的 n次幂定义
13、为: (1) R0= | xA =IA (2) Rn+1 = RnR,注意: 1. 对于A上的任何关系R1和R2都有 R10 = R20 = IA; 2. 对于A上的任何关系 R 都有R1 = R 。,2. 求法,40,R0=IA ,R1 = R,n2时, 按定义直接求解 如果R是用集合表达式给出的,可以通过n-1次右复合计算得到Rn 关系矩阵 Rn的关系矩阵是Mn,即n个矩阵M之积。,41, 关系图 第一步:画出R的关系图(R1); 第二步:从R的每一结点出发,如果能经过n段有向弧止于某一结点,则从始点到终点画一条有向弧; 若结点有自环,则从该结点出发后,经过1、2、3段有向弧,均能回到该结
14、点自身。,42,例:设A=a,b,c,d, R=, 求R的各次幂, 分别用关系矩阵和关系图表示。 解: R与R2的关系矩阵分别为,43,同理,R0=IA, R3和R4的矩阵分别是:因此M4=M2, 即R4=R2. 因此可以得到 R2=R4=R6=, R3=R5=R7=,注意:对于有穷集A,A上关系R的不同幂只 有有限个。,44,R0,R1,R2,R3的关系图如下图所示:,3.性质,45,定理7.6 设A为n元集,R是A上的关系, 则存 在自然数 s 和 t,使得 Rs = Rt。定理7.7 设 R 是 A 上的关系, m, nN, 则 (1) RmRn=Rm+n(第一指数律) (2) (Rm)
15、n=Rmn (第二指数律),46,一、自反性与反自反性,47,定义 设R为A上的关系,(1) 若x(xAR), 则称R在A上是 自反的。 (2) 若x(xAR), 则称R在A上是 反自反的。,48,注意: 1. 在集合A上的自反关系R中,A的每一个元素x都与它自身有关系R;任一有序对R,xy是允许的,但必须包括对任一元素xA,有R; 2. 在反自反关系中,不能有任何一个相同元素x组成的有序对,即 R。,49,自反关系:A上的全域关系EA, 恒等关系IA , 小于等于关系LA, 整除关系DA, 幂集P(A)上的包含关系。反自反关系:实数集上的小于关系, 幂集P(A)上的真包含关系, 空集上的关系
16、只有空关系一个,既是自反的,又是反自反的。,例:A=1,2,3, R1, R2, R3是A上的关系, 其中 R1, R2, R3,50,R2自反, R3反自反, R1既不是自反也不是反自反的。,此例说明:任一二元关系,仅为自反的,反自反的,既不是自反的又不是反自反的,三者之一。,51,2. 定理(定理7.9) 设R为A上的关系, 则 (1) R在A上自反当且仅当 IA R (2) R在A上反自反当且仅当 RIA=,二、对称性与反对称性,52,定义 设R为A上的关系,(1) 若xy(x,yARR), 则称R为A上对称的关系。 (2)若xy(x,yARRx=y), 则称R为A上的反对称关系。,53
17、,注意: 1. 在A上的对称关系R中,若A中元素x与 y有关系R时,则y与x也一定有关系R; 2. 在反对称关系R中,若xy,则 R与R不能同时存在 。,对称关系:A上的全域关系EA 恒等关系IA 空关系。反对称关系:恒等关系IA,空关系。,例:设A1,2,3, R1, R2, R3和R4都是A上的关系, R1,, R2, R3,, R4,54,R1 对称、反对称。 R2 对称,不反对称。R3 反对称,不对称。 R4 不对称、也不反对称。,55,2. 定理 设R为A上的关系, 则 (1) R在A上对称当且仅当 R=R1 (2) R在A上反对称当且仅当 RR1IA R在对称的又是反对称当且仅当
18、RIA,三、传递性,56,定义 设R为A上的关系, 若 xyz(x,y,zAR RR), 则称R是A上的传递关系。,例:设A1,2,3, R1, R2, R3是A上的关系, 其中R1, R2, R3,57,R1 和 R3 是A上的传递关系, R2不是A上的传递关系。,A上的全域关系EA,恒等关系IA和空关系,小于等于关系, 小于关系,整除关系,包含关系,真包含关系都是传递关系。,58,2. 定理 设R为A上的关系, 则 (1) R在A上传递当且仅当 R RR,返回,四、关系性质的判别,59,60,例:判断下图中关系的性质,并说明理由。,(2)反自反,不是自反的;反对称,不是对称的; 是传递的。
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