图3-11 例3.5.8的关系图
例3.5.9 设A?{1,2,3,4,5},R?{1,2,1,5,2,2,3,2,3,1,4,3},画出R的关系图。
解 因为R是A上的关系,故只需画出A中的每个元素即可。如果aiRaj,就画一条由ai到
aj的有向弧。若ai?aj,则画出的是一条自回路。本题的关系图如图3-12所示。
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1 4 5 图3-12 例3.5.9的关系图 关系图主要表达结点与结点之间的邻接关系,故关系图与结点位置和线段的长短无关。 从X到Y的关系R是X?Y的子集,即R?X?Y,而X?Y?(X?Y)?(X?Y),所以,R?(X?Y)?(X?Y)。令Z?X?Y,则R?Z?Z。因此,我们今后通常限于讨论同一集合上的关系。
3.6 关系的性质及其判定方法
3.6.1 关系的性质
定义3.6.1设R是定义在集合X上的二元关系,如果
(1)对于每一个x?X,都有xRx,则称R是自反的(Reflexive)。即
R在X上自反?(?x)(x?X?xRx) (2)对于每一个x?X,都有xRx,则称R是反自反的(Antireflexive)。即
R在X上反自反?(?x)(x?X?xRx)
(3)对于任意x,y?X,若xRy,就有yRx,则称R是对称的(Symmetric)。即
R在X上对称?(?x)(?y)((x?X)?(y?X)?(xRy)?(yRx))
(4)对于任意x,y?X,若xRy,yRx,必有x?y,则称R在X上是反对称的(Antisymmetric)。即
R在X上反对称?(?x)(?y)((x?X)?(y?X)?(xRy)?(yRx)?(x?y))
(5)对于任意x,y,z?X,若xRy,yRz,就有xRz,则称R在X上是传递的(Transitive)。即
R在X上传递?(?x)(?y)(?z)((x?X)?(y?X)?(z?X)?(xRy)?(yRz)?(xRz))
例3.6.1 设A?{1,2,3},则集合A上的关系
R1?{1,1,2,2,2,1,3,3}是自反而不是反自反的关系; R2?{1,2,1,3,2,1,2,3}是反自反而不是自反的关系; R3?{1,1,1,3,2,1,2,3}是既不是自反也不是反自反的关系; R4?{1,1,1,3,3,1,2,3,3,2}是对称的而不是反对称的关系; R5?{1,1,1,3,2,1,2,3}是反对称的而不是对称的关系;
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R6?{1,1,2,2,3,3}是既对称也反对称的关系; R7?{1,2,2,3,3,2}是既不对称也不反对称关系。
R8?{1,1,1,2,2,1,2,2},R9?{1,2,3,2}是可传递的关系;
R10?{1,2,2,3,1,3,2,1}是不可传递的关系,因为1,2?R10,2,1?R10,但1,1?R10。
由定义3.6.1及例3.6.1可知:
(1)对任意一个关系R,若R自反则它一定不反自反,若R反自反则它也一定不自反;但R不自反,它未必反自反,若R不反自反,也未必自反。
(2)存在着既对称也反对称的关系。
图3-5表明了自反与反自反、对称与反对称性之间的关系。
图3-5
例3.6.2 (1) 集合之间的?关系是自反的、反对称的和可传递的。因为:
1) 对于任意集合A,均有A?A成立,所以?是自反的;
2) 对于任意集合A,B,若A?B且B?A,则A?B,所以?是反对称的; 3) 对于任意集合A,B,C,若A?B且B?C,则A?C,所以?是可传递的。 (2)平面上三角形集合中的相似关系是自反的、对称的和可传递的。因为:任意一个三角形都与自身相似;若三角形A相似于三角形B,则三角形B必相似于三角形A;若三角形A相似于三角形B,且三角形B相似于三角形C,则三角形A必相似于三角形C。
(3)人类的祖先关系是反自反、反对称和可传递的。
(4)实数集上的“>”关系是反自反、反对称和可传递的。 (5)实数集上的“”关系是自反、反对称和可传递的。
(6)实数集上的“=”关系是自反、对称、反对称和可传递的。 (7)人群中的父子关系是反自反和反对称的。
(8)正整数集上的整除关系是自反、反对称和可传递的。 (9)?是反自反、对称、反对称和可传递的。
(10)任意非空集合上的全关系是自反的、对称的和可传递的。 例3.6.3 设整数集Z上的二元关系R定义如下:
R?{x,yx,y?Z,(x?y)/2是整数},
验证R在Z上是自反和对称的。
证明 ?x?Z,(x?x)/2?0,即x,x?R,故R是自反的。
又设?x,y?Z,如果xRy,即(x?y)/2是整数,则(y?x)/2也必是整数,即yRx,因此R是对称的。
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3.6.2 由关系图、关系矩阵判别关系的性质
例3.6.4 集合A?{1,2,3,4},A上的关系R的关系矩阵为:
?1?0???1??0010010110??0?, 1??1?MRR的关系图如图3-6所示。讨论R的性质。
图3-6
解 从R的关系矩阵和关系图容易看出,R是自反的、对称的。 一般地,我们有:
(1)若关系R是自反的,当且仅当其关系矩阵的主对角线上的所有元素都是1;其关系图上每个结点都有自环。
(2)若关系R是对称的,当且仅当其关系矩阵是对称矩阵;其关系图上任意两个结点间若有定向弧,必是成对出现的。
(3)若关系R是反自反的,当且仅当其关系矩阵的主对角线上的元素皆为0;关系图上每个结点都没有自环。
(4)若关系R是反对称的,当且仅当其关系矩阵中关于主对角线对称的元素不能同时为1;其关系图上任意两个不同结点间至多出现一条定向弧。
(5)若关系R是可传递的,当且仅当其关系矩阵满足:对?i,j,k,i?j,j?k,若rij?1 且rjk?1,则rik?1;其关系图满足:对?i,j,k,i?j,j?k,若有弧由ai指向aj,且又有弧由aj指向ak,则必有一条弧由ai指向ak。
例3.6.5 图3-7是由关系图所表示的A?{a,b,c}上的5个二元关系。
(1) (2)
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(3) (4)
(5)
图3-7
请判断它们的性质。
解 (1) 是反对称、传递但不是对称的关系,而且是既不自反也不反自反的关系; (2) 是自反、传递、反对称的关系,但不是对称也不是反自反的关系; (3) 是反自反但不是对称、不是反对称、不是自反也不是传递的关系;
(4) 是不自反、不反自反但是传递的关系,而且既是对称也是反对称的关系; (5) 是自反、反对称但不是传递、不是对称也不是反自反的关系。
3.7 复合关系和逆关系
3.7.1 复合关系
1. 复合关系的定义
定义3.7.1 设R是从X到Y的关系,S是从Y到Z的关系,则R?S称为R和S的复合关系( Compositive Relation),表示为
R?S?{x,zx?X?z?Z?(?y)(y?Y?xRy?ySz)}
从R和S求R?S,称为关系的复合运算。
复合运算是关系的二元运算,它能够由两个关系生成一个新的关系,以此类推。例如,R是从X到Y的关系,S是从Y到Z的关系,P是从Z到W的关系,则(R?S)?P是从X到W的关系。
,}B?{2,3,4}的关系,S是由B到C?{3,5,6} 例3.7.1设R是由A?{1,2,3,4到
的关系,分别定义为:
R?{a,b|a?b?6}?{2,4,3,3,4,2} S?{b,c|b整除c}?{2,6,3,3,3,6}
于是复合关系
R?S?{3,3,3,6,4,6}。
例3.7.2 设A是所有人的集合。
R1?{a,b|a,b?A,a是b的兄弟}, R2?{b,c|b,c?A,b是c的父亲},
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那么
R1?R2?{a,c|a,c?A,a是c的叔伯};
而
R2?R2?{a,c|a,c?A,a是c的祖父}。
例3.7.3 设R1和R2是集合A?{0,1,2,3}上的关系,
R1?{i,jj?i?1或j?i/2},R2?{i,ji?j?2}
(R1?R2)?R1和(R1?R1)?R1。 求R1?R2、R2?R1、
解 R1?{0,1,1,2,2,3,0,0,2,1}
R2?{2,0,3,1} R1?R2?{1,0,2,1} R2?R1?{2,1,2,0,3,2} (R1?R2)?R1?{1,1,1,0,2,2}
R1?R1?{0,2,0,1,1,3,1,1,0,0,2,2}
(R1?R1)?R1?{0,3,0,1,0,2,1,2,0,0,2,3,2,1}
2. 关系的复合运算的性质
定理3.7.1 设R是由集合X到Y的关系,则IX?R?R?IY?R。 定理3.7.2 设R是从X到Y的关系,S是从Y到Z的关系,则有 (1)dom(R?S)?domR (2)ran(R?S)?ranS
(3)若ranR?domS??,则R?S??。 证 (1)和(2)是显然的,下面我们证明(3)。用反证法。
反设R?S??,则必存在x?X,z?Z,使x,z?R?S,从而?y?Y,使
x,y?R,y,z?S,故y?ranR且 y?domS,所以y?ranR?domS,这就与ranR?domS??矛盾,因此,R?S??。
定理3.7.3 (1)设R1、R2和R3分别是从X到Y、Y到Z和Z到W的关系,则
(R1?R2)?R3?R1?(R2?R3)
即关系的复合运算满足结合律。
(2)设R1和R2都是从X到Y的关系,S是从Y到Z的关系,则
1)(R1?R2)?S?(R1?S)?(R2?S) 2)(R1?R2)?S?(R1?S)?(R2?S)
(3)设S是从X到Y的关系,R1和R2都是从Y到Z的关系,则 1)S?(R1?R2)?(S?R1)?(S?R2) 2)S?(R1?R2)?(S?R1)?(S?R2) 证 我们只证明(2),其它证明类似。 1)?x,z?(R1?R2)?S
?(?y)(y?Y?x,y?R1?R2?y,z?S)
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