离散数学第四章二元关系和函数PPT讲稿.ppt
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1、离散数学第四章二元关系和函数第1页,共80页,编辑于2022年,星期一2第第4章章 二元关系与函数二元关系与函数4.1 集合的笛卡儿积与二元关系集合的笛卡儿积与二元关系4.2 关系的运算关系的运算4.3 关系的性质关系的性质4.4 关系的闭包关系的闭包4.5 等价关系和偏序关系等价关系和偏序关系4.6 函数的定义和性质函数的定义和性质4.7 函数的复合和反函数函数的复合和反函数第2页,共80页,编辑于2022年,星期一34.1 集合的笛卡儿积和二元关系集合的笛卡儿积和二元关系 有序对有序对 笛卡儿积及其性质笛卡儿积及其性质 二元关系的定义二元关系的定义 二元关系的表示二元关系的表示第3页,共8
2、0页,编辑于2022年,星期一4 有序对的性质:有序对的性质:1)有序性有序性 (当(当x y时)时)2)与与 相等的充分必要条件是相等的充分必要条件是 =x=u y=v例例4.1 =,求,求 x,y.解解 3y 4=2,x+5=y y=2,x=3 4.1 4.1 二元关系的概念二元关系的概念1.有序对有序对有序对有序对/序偶序偶:由两个元素由两个元素x和和y按一定顺序按一定顺序排成二元组,记作:排成二元组,记作:。其中。其中x称作称作第第一个元素一个元素;y称作称作第二个元素第二个元素。第4页,共80页,编辑于2022年,星期一5 实例实例:1.空间直角坐标系中的坐标空间直角坐标系中的坐标
3、是有序三元组是有序三元组2.图书馆记录图书馆记录是一个是一个有序六元组有序六元组.2.有序有序有序有序n n元组元组元组元组:一个有序一个有序 n(n 3)元组元组 是一个有序对,其中是一个有序对,其中第一个元第一个元素素是一个有序是一个有序 n-1元组,即元组,即 ,xn=。我们将来的研究重点为有序二元组,即有序对/序偶第5页,共80页,编辑于2022年,星期一6例例4.2 A=1,2,3,B=a,b,c,C=A B=,B A=,A A=,A C=C A=3.笛卡儿积笛卡儿积:设设A,B为集合,用为集合,用A中元素中元素为为第一第一个元素个元素,B中元素中元素为为第二个元素第二个元素,构成有
4、序对构成有序对.所有这样的有序对组所有这样的有序对组成的集合叫做成的集合叫做 A与与B 的笛卡儿积的笛卡儿积 记作记作A B,即即 A B=|x A y B。第6页,共80页,编辑于2022年,星期一7笛卡儿积的性质:笛卡儿积的性质:1.不适合交换律不适合交换律 A B B A (A B,A,B)2.若若A或或B中有一个为空集,则中有一个为空集,则A B就是空集就是空集.A=B=3.若若|A|=m,|B|=n,则则|A B|=mn 4.不适合结合律不适合结合律 (A B)C A(B C)(A,B,C)例:例:A=1,B=2,C=3A B=,(A B)C=,3=B C=,A(B C)=1,第7页
5、,共80页,编辑于2022年,星期一8二元关系二元关系:集合中两个元素之间的某种关系:集合中两个元素之间的某种关系例例3 甲、乙、丙甲、乙、丙3个人进行乒乓球比赛,任何两个人之间都要比赛一场。假设比赛结果个人进行乒乓球比赛,任何两个人之间都要比赛一场。假设比赛结果是乙胜甲,甲胜丙,乙胜丙。是乙胜甲,甲胜丙,乙胜丙。比赛结果可表示为:比赛结果可表示为:,其中,其中表示表示x胜胜y,它,它表示了集合表示了集合甲甲,乙乙,丙丙中元素之间的一种胜负关系中元素之间的一种胜负关系.例例4 有有A、B、C3个人和四项工作个人和四项工作G1、G2、G3、G4,已知,已知A可以从事工作可以从事工作G1和和G4,
6、B可以从事工作可以从事工作G3,C可以从事工作可以从事工作G1和和G2.那么,人和工作之间的对应关系可以记作那么,人和工作之间的对应关系可以记作 R,C,G2 它表示了工人集合它表示了工人集合A,B,C到工作集合到工作集合G1,G2,G3,G4之间的关系之间的关系第8页,共80页,编辑于2022年,星期一如如R,可记作可记作 xRy;如果;如果 R,则记作则记作xR y实例:实例:R1=,R2=,R3=,3,4,R4=|xNy ZR1,R2,R4是二元关系;是二元关系;R3不是二元关系。不是二元关系。4.二元关系二元关系:如果一个集合满足以下条件之一:如果一个集合满足以下条件之一:(1)集合非
7、空)集合非空,且它的元素都是有序对且它的元素都是有序对(以有序对为以有序对为 元素的集合元素的集合)(2)集合是空集)集合是空集则称该集合为一个则称该集合为一个二元关系二元关系,简称为简称为关系关系,记作,记作R.第9页,共80页,编辑于2022年,星期一105.从从A到到B的关系与的关系与A上的关系上的关系设设A,B为集合为集合,AB的任何子集所定义的二元的任何子集所定义的二元关系叫做关系叫做从从A到到B的二元关系的二元关系,当当A=B时则叫做时则叫做 A上上的二元关系的二元关系.例例5 A=0,1,B=1,2,3,R1=,R2=AB,R3=,R4=.那么那么 R1,R2,R3,R4是从是从
8、 A 到到 B 的二元关系的二元关系,R3和和R4同时也是同时也是 A上的二元关系上的二元关系.计数:计数:|A|=n,|B|=m,|AB|=nm,AB的子集有的子集有 个个.所以所以 A到到B上有上有 个不同的二元关系个不同的二元关系.|A|=n,|AA|=,AA的子集有的子集有 个个.所以所以 A上有上有 个不同的二元关系个不同的二元关系.例如例如|A|=3,则则 A上有上有512个不同的二元关系个不同的二元关系.第10页,共80页,编辑于2022年,星期一11A上重要关系的实例上重要关系的实例设设 A 为任意集合,为任意集合,是是 A 上的关系,称为上的关系,称为空关系空关系EA,IA
9、分别称为分别称为全域关系全域关系与与恒等关系恒等关系,定义如下:,定义如下:EA=|xAyA=AA IA=|xA例如例如,A=1,2,则则 EA=,IA=,注:注:IA;IA第11页,共80页,编辑于2022年,星期一12A上重要关系的实例(续)上重要关系的实例(续)小于等于关系小于等于关系 LA,整除关系整除关系DA,包含关系包含关系R 定义:定义:LA=|x,yAxy,DA=|x,yAx整除整除y,R=|x,yP(A)x y,A是某集合是某集合.类似的还可以定义大于等于关系类似的还可以定义大于等于关系,小于关系小于关系,大于关系大于关系,真真包含关系等等包含关系等等.第12页,共80页,编
10、辑于2022年,星期一13实例实例例如例如 A=1,2,3,B=a,b,则则 LA=,DA=,P(B)=,a,b,a,b,则则 B上的包含关系是上的包含关系是 R=,第13页,共80页,编辑于2022年,星期一14关系的表示关系的表示表示方式:关系的集合表达式、关系矩阵、关系图表示方式:关系的集合表达式、关系矩阵、关系图 关系矩阵关系矩阵:若:若A=x1,x2,xm,B=y1,y2,yn,R是是从从A到到B的关系,以的关系,以A元素为元素为行行,B元素为元素为列列,MR=rij m n,其中其中 rij=1 R,否则,否则rij=0。关系图关系图:若:若A=x1,x2,xm,R是从是从A上的关
11、系,上的关系,R的关的关系图是系图是GR=,以以A中元素为结点,如果中元素为结点,如果 R,则从则从 xi 到到 xj 有一条有向边有一条有向边.注意:注意:A,B为有穷集,关系矩阵适于表示从为有穷集,关系矩阵适于表示从A到到B的关的关系或者系或者A上的关系,关系图仅适于表示上的关系,关系图仅适于表示A上的关系上的关系 第14页,共80页,编辑于2022年,星期一15 实例实例A=1,2,3,4,R=,R的关系矩阵的关系矩阵MR和关系图和关系图GR如下:如下:习题:习题:4.1第15页,共80页,编辑于2022年,星期一 练习练习1.令令A=1,2,3;B=a,b,求求R1=,的关系矩阵。的关
12、系矩阵。2.令令A=1,2,3;求求R2=,的关的关系图。系图。3.令令F=,,G=,求求F G,G F,F F。(方法自选)(方法自选)第16页,共80页,编辑于2022年,星期一17基本运算定义基本运算定义定义域、值域、域定义域、值域、域逆、合成、限制、像逆、合成、限制、像基本运算的性质基本运算的性质幂运算幂运算定义定义求法求法性质性质4.2 关系的运算关系的运算第17页,共80页,编辑于2022年,星期一4.2 4.2 关系的运算关系的运算关系关系R的定义域:的定义域:domR=x|(y)R(即即R中有序组的中有序组的第一个元素第一个元素构成的集合构成的集合)关关系系R的的值值域域:ra
13、nR=y|(x)R(即即R中中有有序序组组的的第第二二个个元元素素构构成的集合成的集合)一、关系的定义域与值域关系关系R的域:的域:fldR=domR ranR 第18页,共80页,编辑于2022年,星期一19关系的基本运算定义关系的基本运算定义例例1 R=,则则 domR=1,2,4 ranR=2,3,4 fldR=1,2,3,4 第19页,共80页,编辑于2022年,星期一20关系的基本运算定义(续)关系的基本运算定义(续)R 1=|R R S=|z(S R)例例2 R=,S=,R 1=,R S=,S R=,第20页,共80页,编辑于2022年,星期一21合成运算的图示方法合成运算的图示方
14、法 利用图示(不是关系图)方法求合成利用图示(不是关系图)方法求合成 R=,S=,R S=,S R=,RSSRS RR S第21页,共80页,编辑于2022年,星期一22实实例例 R=,R 1=,R1=2,4 R 1,2=,R=R1,2=2,4 三三 限制和像:限制和像:已知二元关系已知二元关系F F 和集合和集合A A F 在在A上的上的限制限制 F A=|xFy x A A 在在F下的下的像像 FA=ran(F A)注意:注意:F A F,FA ranF第22页,共80页,编辑于2022年,星期一23四四.关系运算的基本性质关系运算的基本性质(1)(2)(3)不满足交换律:不满足交换律:F
15、 GG F(4)满足结合律:满足结合律:F G H=F(G H)(5)第23页,共80页,编辑于2022年,星期一第24页,共80页,编辑于2022年,星期一25五五.A上关系的幂运算上关系的幂运算设设R为为A上的关系上的关系,n为自然数为自然数,则则 R 的的 n次幂次幂定义为:定义为:(1)R0=|xA=IA (2)Rn+1=Rn R 注意:注意:对于对于A上的任何关系上的任何关系R1和和R2都有都有 R10=R20=IA 对于对于A上的任何关系上的任何关系 R 都有都有 R1=R 第25页,共80页,编辑于2022年,星期一26(1)定义法:定义法:对于集合表示的关系对于集合表示的关系R
16、,计算,计算 Rn 就是就是n个个R左复合左复合.(2)矩阵乘法:矩阵乘法:矩阵表示就是矩阵表示就是n个矩阵相乘个矩阵相乘,其中相加采用逻辑加其中相加采用逻辑加.(线性代数,逻辑乘法)(线性代数,逻辑乘法)(3)关系图法:关系图法:若点若点a经经k(k=1,2,n)条线可到达点条线可到达点b,则在,则在 的关系图上,的关系图上,a到到b有线相连。有线相连。例例3 设设A=a,b,c,d,R=,求求R的各次幂的各次幂,分别用矩阵和关系图表示分别用矩阵和关系图表示.解解 R与与R2的关系矩阵分别为的关系矩阵分别为第26页,共80页,编辑于2022年,星期一27同理,同理,R0=IA,R3和和R4的
17、矩阵分别是:的矩阵分别是:因此因此M4=M2,即即R4=R2.因此可以得到因此可以得到R2=R4=R6=,R3=R5=R7=第27页,共80页,编辑于2022年,星期一28R0,R1,R2,R3,的关系图如下图所示的关系图如下图所示关系图法关系图法结论:结论:仅当仅当A有回路时,上述结论成立。有回路时,上述结论成立。第28页,共80页,编辑于2022年,星期一当图中没有回路时:当图中没有回路时:第29页,共80页,编辑于2022年,星期一30(1)当关系图有回路时:当关系图有回路时:(2)(3)第30页,共80页,编辑于2022年,星期一31证明(证明(2):用数学归纳法):用数学归纳法 若若
18、n=0,则有则有 RmR0=RmIA=Rm=Rm+0 假设假设RmRn=Rm+n,则有则有RmRn+1=Rm(RnR)=(RmRn)R=Rm+n+1。幂运算的性质(续)幂运算的性质(续)证明(证明(3):):若若n=0,则有则有 假设假设 则有则有课后习题:课后习题:4.2,4.3,4.13第31页,共80页,编辑于2022年,星期一第32页,共80页,编辑于2022年,星期一第33页,共80页,编辑于2022年,星期一第34页,共80页,编辑于2022年,星期一4.3 4.3 关系的性质关系的性质R的关系矩阵:主对角线元素全是1R的关系图:每个顶点都有环自反性:x A 有R (R是A上的关系
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