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        相對交連續(xù)半格及其等價刻畫

        2022-09-16 08:52:14陳必琴姜廣浩
        關(guān)鍵詞:定義

        陳必琴,姜廣浩①

        (淮北師范大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院,安徽 淮北 235000)

        0 引言

        Domain理論為計算機(jī)程序設(shè)計語言的指稱語義學(xué)奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ),屬于格論、拓?fù)鋵W(xué)、范疇論及理論計算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科,而連續(xù)Domain是Domain理論中的重要研究對象[1-7].而作為Domain理論的重要理論特殊元理論,是眾多學(xué)者研究的熱門話題.文獻(xiàn)[8-9]對偏序集上的弱理想的研究取得豐富的成果,文獻(xiàn)[10-11]對偏序集上的局部極大理想和濾子極大理想的探究也取得不錯成績.近年來,這方面的研究得到一些好的結(jié)果[11-15].文獻(xiàn)[16-17]將經(jīng)典概念定向集推廣為一致集,引入并探討一致連續(xù)偏序集.文獻(xiàn)[18]利用相對的思想引入相對定向集的概念,探討相對連續(xù)偏序集及其性質(zhì)[18-20].作為Domain理論中交連續(xù)半格這一經(jīng)典概念的自然推廣,本文首先引入相對輔助關(guān)系的概念,研究其在給定的集合T中的一些性質(zhì);然后利用相對輔助關(guān)系定義相對逼近輔助關(guān)系的概念.此外給出相對交連續(xù)半格的概念,并得到其若干內(nèi)部刻畫.最后探討相對連續(xù)Domain及其若干拓?fù)湫再|(zhì),并研究相對連續(xù)半格與相對交連續(xù)半格之間的關(guān)系.

        1 預(yù)備知識

        設(shè)P為偏序集,記↓X={y∈P:?x∈X,y≤x},↑X={y∈P:?x∈X,x≤y},↓x=↓{x},↑x=↑{x}.X?P,稱X為下集當(dāng)且僅當(dāng)X=↓X;X為上集當(dāng)且僅當(dāng)X=↑X.設(shè)X?P,X≠?,若?x,y∈X,?z∈X使得x,y≤z,則稱X是P的定向子集.設(shè)X?P,X為理想當(dāng)且僅當(dāng)X既是下集又是定向集.記P所有的理想構(gòu)成的集合為Idl(P).若對于任意定向子集D,supD存在且supD∈D,則稱P是定向完備的.簡記為dcpo.

        定義1[2]若偏序集L上的二元關(guān)系"?"滿足:

        (1)x?y?x≤y.

        (2)u≤x?y≤z?u?z.

        (3)若最小元0存在?0?x.

        稱"?"為輔助關(guān)系,全體"?"記為Aux(L).

        定義2[18]設(shè)L是偏序集,S,T?L,S≠?,若?x,y∈S,存在t∈T,使得x≤t,y≤t,則稱S為偏序集L上相對于T的定向集.當(dāng)T明了時,簡稱S為相對定向集.記U(T)={S:S為相對于T的定向集}.

        定義3[18]設(shè)L是偏序集,I,T?L,I≠?,T≠?,若I相對于T定向且I為下集,則稱I是偏序集L上相對于T的理想,當(dāng)T明確給定時,簡稱I為相對理想.記RIdl(T)={I:I為相對于T的理想}.

        定義4[18]設(shè)L是偏序集,T?L,T≠?,若任意相對于T的定向集S,L都有最小上界supS,則稱L為相對于T的定向完備集;當(dāng)T明了時,則稱L為相對定向完備集,記為RDCPO(T).

        定義5[18]設(shè)L是偏序集,T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,?x,y∈L,若對于任意相對于T的定向集D,當(dāng)y≤supD時,?s∈D,使x≤s,則稱x在L上相對于T雙小于y,當(dāng)T明確給定時,記為x<<T y.若x<<T x成立,則稱x為L上相對于T的緊元,當(dāng)T明確給定時,稱為x為相對緊元.記?T x={u:x<<Tu},?T x={v:v<<T x}.

        定義6[18]設(shè)L是偏序集,T?L,T≠?,U?T,若U滿足:

        (1)U=↑TU={z∈T:?x∈U,x≤z};

        (2)對于L中的任意相對于T的定向集D,當(dāng)supD∈U時,?d∈D使得d∈U,則稱U是L的相對T的Scott開集,當(dāng)T明確給定時,簡稱為相對Scott開集.令σT(L)={U?L:U為L的相對于T的scott開集},則σT(L)為T的一個拓?fù)?,稱它為L上相對于T的Scott拓?fù)洌?dāng)T明確給定時,簡稱為相對scott拓?fù)?

        2 相對交連續(xù)定向完備半格

        首先來定義相對輔助關(guān)系,再依賴此定義展開其他研究.

        定義7設(shè)L是偏序集,T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,對于任意u,x,y,z∈T,若L上的二元關(guān)系"?T"滿足:

        (1)x?T y?x≤y;

        (2)u≤x?T y≤z?u?T z;

        (3)若L上有最小元0存在?0?T x.

        稱"?T"為相對輔助關(guān)系,全體"?T"記為RAux(L).

        命題1二元關(guān)系"?T"滿足下列兩條性質(zhì):

        (1)反對稱性:?a,b∈L,若a?Tb,b?Ta,有a≤b,b≤a,即a=b;

        (2)傳遞性:?a,b,c∈L,若a?Tb,b?Tc,有a≤b,b?Tc,即a?Tc.

        例1設(shè)L是連續(xù)偏序集,T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,則L上的"≤T","<<T"為相對輔助關(guān)系.

        定義8在dcpo L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,L上的相對輔助關(guān)系"?T"稱為相對逼近關(guān)系當(dāng)且僅當(dāng)集合{u∈T:u?T x}=s?T(x)是定向的,且?x∈L,x=sup{u∈T:u?T x}=sups?T(x),所有的相對逼近輔助關(guān)系記為RApp(L).在偏序集中"≤T"是相對逼近輔助關(guān)系,Domain中"<<T"為相對逼近輔助關(guān)系.

        命題2在dcpo L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,"?T"為L上的輔助關(guān)系,則下列條件等價:

        (1)"?T"為相對逼近的;

        (2)?x,y∈L,若x■y,則?z?T x使z■y.

        證明(1)?(2)反證法:若?z?T x,有z≤y,則z∈s?T(x),從而sups?T(x)≤y,由(1)x≤y,矛盾.

        (2)?(1)?y∈L,顯然sups?T(y)≤y.設(shè)sups?T(y)=x,若y■x,由(2)知,?t?T y,t■x,矛盾.故y≤x,即y=sups?T(y)=sup{u:u?T y},故"?T"是相對逼近的.

        定義9設(shè)L是定向完備半格,若?x∈L,T,D?L,D≠?,D為L上相對于T的定向集,滿足xsupD=supxD,則稱L是相對交連續(xù)的半格.

        下面給出相對交連續(xù)定向完備半格的若干等價刻畫.

        定理1在定向完備半格L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,則下列條件等價:

        (1)相對理想的并映射I→supI:RIdl→L是一個并半格同態(tài);

        (2)對于相對理想I1,I2,有( s upI1)( s upI2)=supI1I2;

        (3)對于相對定向集D1,D2,有( s upD1)(s upD2)=supD1D2;

        (4)L是相對交連續(xù)的;

        (5)?相對定向集D和?x≤supD,有x≤supxD;

        (6)交運(yùn)算(x,y)→xy:L×L→L保相對定向并.

        證明(1)?(2)?I1,I2∈RIdl,由(1)的并映射同態(tài),有( s upI1)∧( s upI2)=sup(I1∧I2)=sup(I1I2).

        (2)?(1)?I1,I2∈RIdl,( s upI1)∧( s upI2)=sup(I1∧I2),即并映射同態(tài).

        (2)?(3)?兩個相對定向集D1,D2,需證( s upD1)(s upD2)=sup(D1D2),對D1,D2同時取下集↓D1,↓D2,

        此 時↓D1,↓D2為 相 對 理 想,由(2)得,( s up↓D1)(s up↓D2)=sup(↓D1↓D2),下 證sup(↓D1↓D2)=sup(D1D2).

        一 方 面,D1?↓D1,D2?↓D2,故D1D2?↓D1↓D2,sup(D1D2)≤sup(↓D1↓D2).令c=sup(D1D2),e=sup(↓D1↓D2),則c≤e;?f∈↓D1↓D2,則?d1∈D1,d2∈D2,使f≤d1,f≤d2,有f≤d1d2≤supD1D2=c,故c為↓D1↓D2的一個上界,又e為↓D1↓D2的上確界,即最小上界,故e≤c,即e=c.

        另一方面,因?yàn)樽陨硇院蛡鬟f性,D1和↓D1有相同的上界.設(shè)a=supD1,b=sup↓D1,由D1?↓D1,有supD1≤sup↓D1,即a≤b.又?d∈↓D1,?d1∈D1,使d≤d1≤supD1=a,即d≤a,從而a為↓D1的上界,又b為↓D1的最小上界,故b≤a,即a=b,則supD1=sup↓D1.同理supD2=sup↓D2.

        綜上,( s upD1)( s upD2)=sup(D1D2)成立.

        (3)?(2)因?yàn)橄鄬硐霝橄鄬Χㄏ蚣剩?)成立.

        (3)?(4)令D1={x},D2=D,則( s upD1)( s upD2)=xsupD,supD1D2=supxD,從而xsupD=supxD,故(4)成立.

        (4)?(5)由(4),L為相對交連續(xù),D為相對定向集,滿足xsupD=supxD.?相對定向集D,若x≤supD,兩邊同時取交,x∧x≤x∧supD,即x≤xsupD.

        (5)?(6)設(shè)D?T,D?L×L是相對于T的定向集,且集Dn=πnD,n=1,2,…,那么D?D1×D2.另一方面,(d,e)∈D1×D2,?x,y∈L,(d,y),(x,e)∈D,因D相對定向,(d*,e*)∈T,有(d*,e*)∈↓D,由(d,e)≤(d*,e*),有(d,e)∈↓D,從而D1×D2?↓D.

        設(shè)m:L×L→L,m(x,y)=xy,則

        m(D)?m(D1×D2)=D1D2?m(↓D)?↓m(D),

        故supm(D)≤supD1D2≤sup↓m(D)=supm(D),即supm(D)=supD1D2.

        令d1=supD1,d2=supD2,則(

        d1,d2)=supD.

        下證d1d2=supD1D2,?x∈D1,有xd2≤supD2,因此xd2=supxd2D2=supxD2,又d1d2≤supD1,即d1d2=supd1d2D=supD1d2,那么

        即( s upD1)( s upD2)=supD1D2,則∧supD=sup∧D,即m(s upD)=supm(D).

        (6)?(3)顯然.

        定義10在dcpo L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,?I∈RIdL,定義

        命題3在相對交連續(xù)半格L中,?I∈RIdL,所有屬于函數(shù)mI的關(guān)系都是相對逼近的.

        證 明設(shè)x∈L,若x≤supI,則 由 定 理1有,supmI(x)=supxI=xsupI=x;若x■supI,則supmI(x)=sup↓T x=x.

        定理2在定向完備半格L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,所有的相對逼近輔助關(guān)系包含"<<T"關(guān)系.若L為相對交連續(xù)半格,則"<<T"?相對逼近輔助關(guān)系的交,即?T x=s<<T(x)=?{s?T(x):?T∈RApp(L)}.

        證明設(shè)y<<T x,"<<T"是相對逼近輔助關(guān)系,有{u∈L:u?T x}是相對于T的定向集,且上確界為x,則?u,有y≤u?T x,因此y?T x,即<<T??T.

        另一方面,若L為相對交連續(xù)半格,由命題3有?T x=?{mI(x):I∈RIdL}??{s?T:?T∈RAPP(L)}.

        定義11L為偏序集,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,若L上的相對逼近輔助關(guān)系滿足:?x,z∈L,x?T z且x≠z??y,有x?T y?T z且x≠y,則"?T"具有強(qiáng)插值性質(zhì);?x,z∈L,x?T z??y,x?T y?T z,則"?T"具有插值性質(zhì).

        定理3在定向完備半格L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,若L上的相對逼近輔助關(guān)系滿足:?x,z∈L,x?T z且x≠z??y,x≤y?T z且x≠y.

        證明?z∈L,z=sup{u∈L:u?T z}=sups?T(z),有u?T z,u■x.當(dāng)s?T(z)={u∈L:u?T z}是相對定向時,由u■x,x≠y,則?{x,u}的一個上界y,有y?T z.

        定理4在定向完備半格L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,若"?T"為L上的相對逼近輔助關(guān)系,則下列條件成立:

        (1)若x<<T z,x≠z且z≤supD,D為相對定向集,則?d∈D,x?Td,x≠d;

        (2)若x<<T z且x≠z,則?y,使得x?T y?T z,且x≠y.

        證明(1)任取D∈U(T),因L為相對于T的定向完備集,故supD存在,且滿足z≤supD.

        令I(lǐng)=?{s?T(d):d∈D},且supI=sup{s ups?T(d):d∈D}=supD,故z≤supI,又x<<T z,則x∈I.即?d∈D,有x?Td.

        (2)令D=s?T(z)={y∈L:y?T z},z=sups?T(z)=supD.若x<<T z且x≠z,由(1),?y∈D,有x?T y且y≠x,則x?T y?T z.

        由定理4可得如下結(jié)論.

        推論1在相對連續(xù)Domain中,相對way below關(guān)系滿足強(qiáng)插值性質(zhì).

        3 相對連續(xù)Domain

        定義12設(shè)L為偏序集,T?L,T≠?,且L為相對于T的定向完備集,若?x∈L,x=sup↑?T x,則稱L為相對于T的連續(xù)偏序集.當(dāng)T明了時,簡稱L是相對連續(xù)偏序集.若L為dcpo,則稱L為相對于T的Domain.若相對DomainL是半格,則稱L為相對連續(xù)半格.↑?T表示相對定向雙下集.

        定理5相對連續(xù)半格是相對交連續(xù)半格.

        證明設(shè)L是相對連續(xù)半格,T?L,T≠?,D是相對于T的定向集,且x≤supD,由定理1中(5),要證x≤supxD,即證?T x??supxD?↓supxD.事實(shí)上,?y∈?T x,有y<<T x,從而y≤x.又?z∈D使y≤z,從而y≤xz∈xD,則y≤supxD,即y∈↓supxD,綜上?T x?↓supxD,故x≤supxD.

        定理6在dcpo L中,設(shè)T?L,T≠?,L為相對于T的定向完備集,下列條件等價:

        (1)L相對連續(xù)Domain;

        (2)<<T是最小的相對逼近輔助關(guān)系;

        (3)L上有最小的相對逼近輔助關(guān)系.

        證明(1)?(2)由L是相對連續(xù)Domain知,"<<T"是相對逼近輔助序,所以?T x是相對理想.又由{s?T(x):?T是相對逼近的}?{I∈RIdL:x≤supI},所 以?{s?T(x):?T是相對逼近的}??{I∈RIdL:x≤supI}=?T x.又 因"<<T"是 相 對 逼 近 的,則?T x∈{s?T(x):?T是相對逼近的},所 以?T x=?{s?T(x):?T是相對逼近的}.

        (2)?(3)顯然.

        (3)?(1)若L有最小的相對逼近輔助序M,下證?x∈L,M=?T x.事實(shí)上,M??{I∈RIdL:x≤supI}=?T x?M,從而有M=↑?T x,所以L是相對連續(xù)Domain.

        下面給出相對連續(xù)Domain中Scott開集的若干性質(zhì).

        定理7若L是相對連續(xù)Domain,T?L,T≠?,?T x?T,則下列條件成立:

        (1)?x∈L,集合?T x是相對于T的Scott開集;

        (2)若L是定向dcpo且y∈int(↑T x),則x<<T y.

        證明(1)因?T x是L上相對于T的上集,只需證定義6中的(2).設(shè)D為相對于T的定向集,且supD∈?T x,則x<<TsupD.又L為 相 對 連 續(xù)Domain,?d∈D,使 得x<<Td,即d∈?T x,故D??T x≠?,?T x為相對Scott開集.

        (2)若L是dcpo且y∈int(↑T x),設(shè)D是L上相對于T的定向集,且y≤supD,故supD∈↑y?int(↑T x),D?int(↑T x)≠?.從而?d∈D,有d∈int(↑T x)?↑T x,有x≤Td,即x≤d,故x<<T y.

        定理8設(shè)L是相對連續(xù)Domain,則下列條件成立:

        (1)上集U是相對T的Scott開集??x∈U,?u∈U,使得u<<T x;

        (2){?Tu,u∈L}構(gòu)成σT(L)的一個基;

        (3)在σT(L)中,有int(↑T x)=?T x.

        證明(1)?設(shè)T?L,T≠?,上集U是相對于T的Scott開集且x∈U,又L為相對連續(xù)Domain,有x=sup↑?T x,故sup↑?T x∈U,即?T x?U≠?.從而?u∈U,有u∈?T x,即u<<T x.

        ?若?x∈U,?u∈U,使得u<<T x,即x∈?Tu.因U??{?Tu:u∈U}?U,即U=?{?Tu:u∈U},由定理7(1)知,?T x是Scott開的,即U為相對于T的scott開集.

        (2)由(1)顯然.

        (3)設(shè)T?L,T≠?,因?T x?↑T x,有?T x?int(↑T x).反之,由定理7(2)知,int(↑T x)??T x,故?T x=int(↑T x).

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