二元关系和函数

在计算机科学领域中，离散数学中的二元关系和函数是非常重要的概念，尤其是在计算机程序的设计和实现中。

本文主要介绍了离散数学中的二元关系和函数在计算机中的应用。

在本文中，我们将回答以下问题：1. 什么是二元关系？2. 什么是函数？3. 二元关系和函数在计算机科学中的应用是什么？什么是二元关系？在数学中，二元关系是指一个由两个元素组成的集合对之间的关系。

这种关系可以表示为R(x, y)，其中x和y是该关系中的元素，R(x, y)表示元素x和y之间的关系。

例如，在一组学生中，每个学生都有一个学号和一个年龄，关系可以表示为SR（学号，年龄），其中SR（001，20）表示学号为001的学生的年龄是20岁。

在计算机科学中，二元关系可以用于模拟数据结构中的关系，例如关系数据库中的表格。

在关系型数据库中，表格中的每一行包含一个记录，每个记录由唯一的主键表示。

由此可以建立一个这些记录的关系，这个关系就是二元关系的实例。

什么是函数？在数学中，函数是指一个定义域和一个值域之间的关系，其中每个输入值都对应一个唯一的输出值。

通常，函数可以用f（x）=y来表示，其中f表示函数，x表示自变量，y表示函数的值。

例如，函数f(x)=x^2表示输入值x的平方值。

在计算机科学中，函数也是非常重要的，因为它们提供了一种有序的方式来定义输入和输出之间的关系。

在编程中，函数通常是一组可重用的代码，它执行一个特定的任务，并返回一个结果。

例如，在C++中，我们可以定义一个名为sum的函数，该函数接受两个整数作为参数，并返回它们的和。

二元关系和函数在计算机科学中的应用是什么？二元关系和函数在计算机科学中有着广泛的应用。

在计算机科学中，二元关系和函数可以用于数据结构、算法设计和软件工程等领域。

例如，在计算机图形学中，二元关系可以用于描述点和线的关系，从而构建图形图形；在计算机网络中，二元关系可以用于描述不同计算机之间的关系，从而实现通信。

同时，函数的应用也非常广泛。

函数,映射与二元关系
函数是由一组被映射的变量组成的关系。

它是一种把一个输入集映
射到另一个输出集的函数表达式。

函数的计算一般由它的一系列参数
决定，也可以通过不同的设置来控制它的行为。

二元关系是一个表示特定对象间联系的二元图形。

它是一种在两个变
量之间创建关系的数学表示法。

二元关系通常使用一个矩阵来表示，
其中给定的每行表示一个变量值的组合，每列表示另一个变量的取值。

二元关系的计算可以通过求解矩阵来实现，也可以通过指定变量之间
的逻辑关系或模型来实现。

函数和二元关系的关系十分密切，函数可以看作是二元关系的一种特
殊情况，而在更一般的情形下，可以使用二元关系来表达函数。

它们
之间的关系可以从概念上、数学上以及用代码实现上进行分析。

在概念上，函数是一个映射，它将特定的输入组合映射到特定的输出，而二元关系则可以有不同的结果，可以更容易地控制复杂的解空间。

而基于数学上的观点，函数可以看作是二元关系的特殊情况，可以使
用求解矩阵的方法来求解。

而代码实现上也有例如if语句可以用来表
达二元关系，但也可以映射到函数式编程思想。

因此，函数与二元关系的关系是复杂的，有多种不同的方式可以将它
们表述出来，从概念表达、数学表达到实际代码实现。

它们都可以帮
助我们描述不同的关系，同时可以让程序能够有更加复杂多样的行为，从而为我们解决一些复杂的问题。

二元关系和函数是离散数学中的基本概念，它们在数学领域中有着重要的地位。

在本篇文章中，我们将深入探讨二元关系的复合运算和函数的区别，希望能够让读者对这两个概念有更清晰的认识。

一、二元关系的复合运算1. 二元关系的定义在介绍二元关系的复合运算之前，我们需要先了解二元关系的基本概念。

二元关系是集合论中的一个概念，它描述了两个元素之间的某种关系。

如果集合A和B之间的关系R满足aRb，其中a∈A，b∈B，那么我们称R是从A到B的二元关系。

2. 二元关系的复合运算当我们考虑两个二元关系R和S的复合运算时，我们是在寻找一种新的关系，这个新的关系描述了R中的元素与S中的元素之间的某种关系。

具体而言，对于R中的元素a和S中的元素b，如果存在一个元素c，使得aRc且cSb成立，那么我们就称这个元素c满足R和S的复合运算，记作R∘S。

3. 复合运算的性质在二元关系的复合运算中，我们可以总结出一些性质，比如结合律、分配律等。

这些性质有助于我们更好地理解复合运算的运算规律，并在实际问题中进行应用。

二、函数的定义和特点1. 函数的定义函数是高中数学中最基本的概念之一，它描述了两个集合之间的一种特殊关系。

具体而言，如果集合A和集合B之间的关系f满足对于A中的每一个元素a，都存在一个元素b使得f(a)=b成立，那么我们就称f是从A到B的函数。

2. 函数的特点函数具有一些明显的特点，比如每一个自变量都有且只有一个对应的因变量，这是函数与普通关系的本质区别之一。

函数还有定义域、值域、单调性、奇偶性等特点，这些特点在实际问题中有着重要的作用。

三、二元关系的复合运算和函数的区别1. 从定义上来看二元关系和函数在定义上有着明显的不同。

二元关系描述了两个集合之间的某种关系，没有对应的自变量和因变量的概念；而函数则是描述了两个集合之间的特殊关系，其中包含了自变量和因变量的概念。

2. 从表示形式来看二元关系和函数的表示形式也有所不同。

在二元关系中，我们通常用有序对的形式来表示两个元素之间的关系；而在函数中，我们则使用映射的形式来表示自变量和因变量之间的对应关系。

离散数学第四章二元关系和函数知识点总结集合论部分第四章、二元关系和函数集合的笛卡儿积与二元关系有序对定义由两个客体x 和y，按照一定的顺序组成的二元组称为有序对，记作实例：点的直角坐标(3,4)有序对性质有序性（当x y时）与相等的充分必要条件是= x=u y=v例1 = ，求x, y.解 3y 4 = 2, x+5 = y y = 2, x = 3定义一具有序n (n3) 元组是一具有序对，其中第一具元素是一具有序n-1元组，即= , x n>当n=1时, 形式上能够看成有序 1 元组.实例 n 维向量是有序 n元组.笛卡儿积及其性质定义设A,B为集合，A与B 的笛卡儿积记作A B，即A B ={ | x A y B } 例2 A={1,2,3}, B={a,b,c}A B ={,,,,,,,,}B A ={,,,,,,, ,}A={}, P(A)A={, }性质：别适合交换律A B B A (A B, A, B)别适合结合律 (A B)C A(B C) (A, B)关于并或交运算满脚分配律A(B C)=(A B)(A C)(B C)A=(B A)(C A)A(B C)=(A B)(A C)(B C)A=(B A)(C A)若A或B中有一具为空集，则A B算是空集.A=B=若|A|=m, |B|=n, 则 |A B|=mn证明A(B C)=(A B)(A C)证任取∈A×(B∪C)x∈A∧y∈B∪Cx∈A∧(y∈B∨y∈C)(x∈A∧y∈B)∨(x∈A∧y∈C)∈A×B∨∈A×C∈(A×B)∪(A×C)因此有A×(B∪C) = (A×B)∪(A×C).例3 (1) 证明A=B C=D A C=B D(2) A C=B D是否推出A=B C=D 为啥解 (1) 任取A C x A y Cx B y D B D(2) 别一定. 反例如下：A={1}，B={2}, C=D=, 则A C=B D 然而A B.二元关系的定义定义设A,B为集合, A×B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.例4 A={0,1}, B={1,2,3}, R1={}, R2=A×B, R3=, R4={}. 这么R1, R2, R3,R4是从A 到B的二元关系, R3和R4并且也是A上的二元关系.计数|A|=n, |A×A|=n2, A×A的子集有个. 因此A上有个别同的二元关系.例如 |A|=3, 则A上有=512个别同的二元关系.设A 为任意集合，是A 上的关系，称为空关系E, I A 分不称为全域关系与恒等关系，定义如下：AE={|x∈A∧y∈A}=A×AAI={|x∈A}A例如, A={1,2}, 则E={,,,}AI={,}A小于等于关系L A, 整除关系D A, 包含关系R定义： L={| x,y∈A∧x≤y}, A R，R为实数集合AD={| x,y∈B∧x整除y},BB Z*, Z*为非0整数集R={| x,y∈A∧x y}, A是集合族.类似的还能够定义大于等于关系, 小于关系, 大于关系, 真包含关系等等.例如A = {1, 2, 3}, B ={a, b}, 则L={,,,,,}AD={,,,,}AA=P(B)={,{a},{b},{a,b}}, 则A上的包含关系是R={,,,,, ,,,}二元关系的表示表示方式：关系的集合表达式、关系矩阵、关系图关系矩阵：若A={a1, a2, …, a m}，B={b1, b2, …, b n}，R是从A到B 的关系，R 的关系矩阵是布尔矩阵M R = [ r ij ] m n, 其中r ij= 1 R.关系图：若A= {x1, x2, …, x m}，R是从A上的关系，R的关系图是G R=, 其中A为结点集，R为边集.假如属于关系R，在图中就有一条从x i到x j 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A={1,2,3,4},R={,,,,},R的关系矩阵M和关系图G R如下：R关系的运算基本运算定义：定义域、值域和域dom R = { x | y (R) }ran R = { y | x (R) }fld R = dom R ran R例1 R={,,,}, 则dom R={1, 2, 4}ran R={2, 3, 4}fld R={1, 2, 3, 4}逆与合成R1 = { | R}R°S = | | y (RS) } 例2 R={, , , } S={, , , , }R1={, , , }R°S ={, , }S°R ={, , , }定义 F 在A上的限制F?A = { | xFy x A}A 在F下的像F[A] = ran(F?A)实例R={, , , }R?{1}={,}R[{1}]={2,4}R?=R[{1,2}]={2,3,4}注意：F?A F, F[A] ran F基本运算的性质定理1 设F是任意的关系, 则(1) (F1)1=F(2) dom F1=ran F, ran F1=dom F证 (1) 任取, 由逆的定义有∈(F 1) 1 ∈F 1 ∈F因此有 (F1)1=F(2) 任取x,x∈dom F 1 y(∈F1)y(∈F) x∈ran F因此有dom F1= ran F. 同理可证 ran F1 = dom F.定理2 设F, G, H是任意的关系, 则(1) (F°G)°H=F°(G°H)(2) (F°G)1= G1°F 1证 (1) 任取,(F°G)°H t(∈F°G∧∈H) t (s(∈F∧∈G)∧∈H)t s (∈F∧∈G∧∈H)s (∈F∧t (∈G∧∈H))s (∈F∧∈G°H)∈F°(G°H)因此(F°G)°H = F°(G°H)(2) 任取,∈(F°G)1∈F°Gt (∈F∧(t,x)∈G)t (∈G1∧(t,y)∈F1)∈G1°F1因此(F°G)1 = G1°F1幂运算设R为A上的关系, n为自然数, 则R 的n次幂定义为：(1) R0={ | x∈A }=I A(2) R n+1 = R n°R注意：关于A上的任何关系R1和R2都有R 10 = R20 = IA关于A上的任何关系R 都有R1 = R性质：定理3 设A为n元集, R是A上的关系, 则存在自然数s 和t, 使得R s = R t.证R为A上的关系, 由于|A|=n, A上的别同关系惟独个.当列出R 的各次幂R0, R1, R2, …, , …,必存在自然数s 和t 使得R s=R t.定理4 设R 是A 上的关系, m, n∈N, 则(1) R m°R n=R m+n(2) (R m)n=R mn证用归纳法(1) 关于任意给定的m∈N, 施归纳于n.若n=0, 则有R m°R0=R m°I=R m=R m+0A假设R m°R n=R m+n, 则有R m°R n+1=R m°(R n°R)=(R m°R n)°R=R m+n+1 ,因此对一切m, n∈N有R m°R n=R m+n.(2) 关于任意给定的m∈N, 施归纳于n.若n=0, 则有(R m)0=I A=R0=R m×0假设 (R m)n=R mn, 则有(R m)n+1=(R m)n°R m=(R mn)°R m=R mn+m=R m(n+1) 因此对一切m,n∈N有 (R m)n=R mn.关系的性质自反性反自反性定义设R为A上的关系,(1) 若x(x∈A→R), 则称R在A上是自反的.(2) 若x(x∈A→R), 则称R在A上是反自反的.实例：反关系：A上的全域关系E A, 恒等关系I A小于等于关系L A, 整除关系D A反自反关系：实数集上的小于关系幂集上的真包含关系例1 A={1,2,3}, R1, R2, R3是A上的关系, 其中R＝{,}1R＝{,,,}2R＝{}3R自反,2R反自反,3R既别是自反也别是反自反的1对称性反对称性定义设R为A上的关系,(1) 若x y(x,y∈A∧∈R→∈R), 则称R为A上对称的关系.(2) 若x y(x,y∈A∧∈R∧∈R→x=y), 则称R为A上的反对称关系.实例：对称关系：A上的全域关系E A, 恒等关系I A和空关系反对称关系：恒等关系I A，空关系是A上的反对称关系.例2 设A＝{1,2,3}, R1, R2, R3和R4基本上A上的关系,其中R＝{,}，R2＝{,,}1R＝{,}，R4＝{,,}3R对称、反对称.1R对称，别反对称.2R反对称，别对称.3R别对称、也别反对称.4传递性定义设R为A上的关系, 若x y z(x,y,z∈A∧∈R∧∈R→∈R), 则称R是A上的传递关系.实例：A上的全域关系E,恒等关系I A和空关系A小于等于关系, 小于关系，整除关系，包含关系，真包含关系例3 设A＝{1,2,3}, R1, R2, R3是A上的关系, 其中R＝{,}1R＝{,}2R＝{}3R和R3 是A上的传递关系1R别是A上的传递关系2关系性质的充要条件设R为A上的关系, 则(1) R在A上自反当且仅当I A R(2) R在A上反自反当且仅当R∩I A=(3) R在A上对称当且仅当R=R 1(4) R在A上反对称当且仅当R∩R1I A(5) R在A上传递当且仅当R R R证明模式证明R在A上自反任取x,第11页/共11页。