Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лаб_1.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
10.02.2016
Размер:
157.91 Кб
Скачать

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ОПЕРАЦИИ НАД МНОЖЕСТВАМИ

Цель работы: Изучение основных методов разработки программного обеспечения для моделирования и обработки отношений и систем в рамках модели «черного ящика».

I.КЛЮЧЕВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Элементы теории множеств

Понятие множества. Способы задания множеств

Множество – произвольная совокупность различных объектов таких, что в отношении каждого из них можно установить принадлежит он данному множеству или нет.

Первичные понятия теории множеств- множество и отношение быть элементом множества.

Множество можно задать двумя способами:

1.Перечислением всех элементов множества, например, A = {7,9,123} .

2.Указав характеристическое свойство элементов множестваA , в соответствии с которым можно установить, принадлежит данный элемент x множеству A , что обозначается

xÎ A , или нет x Ï A , например,

A = {x : x - целое

число и 12 £ x £ 157} .

Это читается следующим образом:

A - множество всех элементов x таких, что x

числа из промежутка [12,157].

 

В общем случае для такого способа задания множества можно указать следующее соотношение

A = {x : P(x) - истинно}

Здесь P(x) - характеристическое

свойство

или

условие

на

основании которого

осуществляется

отбор

элементов. Строго

говоря,

P(x) -

высказывательная

(пропозициональная) функция.

Говорят,

что

объект a

удовлетворяет

высказывательной

функции, если высказывание, полученное из P(x) подстановкой вместо x

названия объекта

a , т.е. P(a) , является истинным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подмножества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть множества A и B

таковы,

что

из условияx Î A

следует,

что

x Î B . Тогда

говорят, что A есть подмножество B , что записывается следующим образом

 

 

 

 

A Í B

 

 

 

 

 

 

Говорят еще, что

A – несобственное подмножество множества B . Пусть A Í B . Если

можно указать такой элемент x , что x Î B и при этом x Ï A , то

A

называют собственным

подмножеством множества B и обозначают

 

 

 

 

 

 

 

A Ì B

Отношения Í и Ì называют отношениями включения. Если A Ì B и B Ì C , то A Ì C . По определению пустое множество, есть подмножество любого множества O/ Ì A .

Если имеют место соотношения A Í B и B Í A , то множества A и B эквивалентны или

равны, т.е. A = B .

 

Операции над множествами

 

Рассмотрим операции над множествами.

A U B ) называется множество, которое

Объединением множеств A и B (обозначается

состоит из элементов принадлежащих множеству A или множеству B , т.е.

A U B = {x : x Î A или

x Î B} .

2

Пересечением множеств A и B (обозначается A I B ) называется множество, которое состоит из элементов принадлежащих множеству A и B , т.е.

A I B = {x : x Î A и x Î B} .

Операции объединения и пересечения множеств можно определить для любо количества множеств.

Легко показать, что если A Í B то A I B = A и A U B = B .

Отсюда в частности следует, что A I A = A и A U A = A .

Дополнением множества A до множества B (или разностью множеств) называется множество, состоящее из элементов принадлежащих множествуB и не принадлежащих множеству A , т.е.

B \ A = {x : x Î B и x Ï A} .

Приведем некоторые тождества, которым удовлетворяет операция дополнения:

1.A I B = A \ ( A \ B)

2.A U (B \ A) = A U B ;

Симметрическая разности множеств. Эта операция определяется следующим образом:

ADB = (A U B) \ ( A I B)

Ее составляют элементы, принадлежащие множеству A , но не принадлежащие B , и элементы, принадлежащие множеству B , но не принадлежащие A .

Пустое множество является нулевым элементом для операции симметрической разности

ADO/ = A .

 

 

 

 

 

 

 

 

Из определения операции симметрической разности следует, что ADA = O/ .

 

 

Декартовым

произведением

множеств A

и B

называется

множество

всех

упорядоченных пар (a,b)

таких, что

a Î A и b Î B .

Так как существует не более одного

 

множества, содержащего в качестве

элементов все

упорядоченные пары(a,b) , где a Î A и

 

b Î B , и

только

такие

пары, то

декартово или прямое произведение двух множеств

определяется ими однозначно. Обозначим его A´ B . Таким образом

 

 

 

 

 

A´ B = {(a,b) : "a Î A и "b Î B} .

 

 

Как

следует

из определенияA ´ B ¹ B ´ A . Отметим еще одно важное свойство этой

 

операции, а именно A ´ B = O/ , тогда и только тогда, когда или A = O/ , или B = O/ .

 

Если декартово произведение определяется на одном и том же множествеA , то говорят

 

о "декартовой степени множества" и такое декартово произведение обозначают

 

 

A´ A´K´ A = An .

Разбиение множества на систему подмножеств

В практических приложениях одной из наиболее часто встречающихся операций над множествами является операция разбиения множества на систему подмножеств. Приведем

строгое определения понятия разбиения некоторого множестваA

на систему

подмножеств

R = {Ai : i Î I} .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система множеств R

является

разбиением

множестваA ,

если

она

удовлетворяет

следующим условиям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Любое Ai

Î R является подмножеством множества A , т.е.

Ai Í A .

 

2.

Любые

два

множестваAi

Î R и

Aj Î R

i, j Î I и

i ¹ j

являются попарно

непересекающимися, т.е.

Ai

I Aj = O/

"i, j Î I ,

i ¹ j .

 

 

 

 

3.

Объединение всех множеств Ai

Î R

UAi = A .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"iÎI

 

 

 

 

В этом случае множество A называется сепарабельным.

3

Отношения

С термином "отношение" довольно часто приходится сталкиваться и в повседневной жизни, и в инженерной деятельности. В частности, это связано с определением связей между различными явлениями или объектами, а также установлением соотношений между ними.

Приведем общее определение понятия отношения. Отношение – подмножество R конечной декартовой степени

An = A´ A´K´ A ,

множества A , т.е. множество, состоящее

из

упорядоченныхn -ок (a1 , a2 ,K, an ) .

Подмножество,

 

 

R Í An

называется n -местным отношением на множестве A . Число n называется рангом или типом

отношения R . Запись

R(a1 , a2 ,K, an ) означает, что (a1, a2 ,K, an ) Î R .

 

 

 

 

Одноместные отношения называются свойствами. Двухместные отношения называются

бинарными, трехместные - тернарными и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее важное значение для практических приложений имеют бинарные отношения.

 

В

общем

случае,

бинарное

отношение R

на

множествах X и

Y

определяется,

как

некоторое

подмножество упорядоченных

пар(x, y) Î X ´Y

декартового

произведения

этих

множеств. Как правило, используют обозначение x R y , если x находится в отношении R c y

и x

 

y

в

противном

случае. Часто используются

и другие обозначения отношений: xry ,

R

y = r(x) . Аналогичным образом можно определить бинарное отношение на множестве X .

 

 

Множество

 

всех

парU = X 2

={(x, y) : (x, y) Î X ´ X}

 

называется полным

("универсальным") бинарным отношением.

 

 

 

пары(x, y) удовлетворяют условиям

 

Поскольку

в общем случае не все возможные

накладываемым

отношением R ,

бинарное

отношение

является

подмножеством

полного

бинарного отношения, т.е. R Í U .

Задать отношение — это значит указать тем или иным способом пары (x, y) , для которых выполнено отношение R .

Способы задания бинарных отношений

Можно привести несколько разных способов задания отношений(преимущества каждого из способов определяются свойствами множества X ).

Первый, очевидный, способ состоит в непосредственном перечислении таких пар. Ясно,

что он приемлем лишь в случае конечного множества X .

Второй способ задания отношения R

на конечном множестве- матричный. Отношение

задается, в общем случаем прямоугольной матрицей. Для этого все элементы множестваX

нумеруются, а элементы матрицы отношения R определяется из соотношения

ì1,

x

i

R x

j для всех i , j .

aij (R) = í

 

 

 

 

xi

 

 

 

î0,

R x j

Третий способ — задание отношения в видеграфа. Вершинам графа G(R) ставятся в соответствие (пронумерованные) элементы множества X , и если xi R x j , то от вершины xi ,

проводят направленную дугу к вершине x j , если xi

 

 

 

 

R x j , то дуга отсутствует.

 

Иначе

говоря, верхнее сечение - это множество всех y Î X ,

которые

находятся в

отношении

y R x с заданным элементом x Î X , нижнее сечение — множество всех y Î X , с

которыми

заданный элементx Î X находится

в отношенииR .

Отношение

однозначно

определяется одним из своих сечений.

4

Отношения эквивалентности, порядка и доминирования

Отношение можно отнести к тому или иному типу, если установить какими свойствами оно обладает. Рассмотрим основные свойства бинарных отношений:

-

рефлексивность x R x, "x Î X ;

 

-

антирефлексивность x

 

x,

"x Î X ;

R

-

симметричность x R y Þ y R x,

"x, y Î X ;

-

асимметричность x R y Þ y

 

x,

"x, y Î X ;

R

-

антисимметричность "x, y Î X

x R y = y R x Þ x = y ;

-

транзитивность "x, y, z Î X

 

из

x R y и y R z Þ x R z ;

Рассмотрим некоторые, наиболее важные в практическом смысле, типы отношений. Отношением эквивалентности (обозначается знаками “=” или “ ¥ ”) называется

отношение обладающее свойствами:

-рефлексивности - x = x ;

-симметричности - y = x ® x = y ;

-транзитивности - x = y и y = z ® x = z .

Примеры отношений эквивалентности: "быть четным"— на множестве натуральных чисел; "быть однокурсниками" – на множестве студентов данного ВУЗа; отношение подобия на множестве треугольников и т.д.

Задание

отношения

эквивалентности

равносильно

разбиению

множестваX

на

непересекающиеся

классы ( X = UXi такие,

что X i

I X j = O/ ,

"i ¹ j )

эквивалентных

 

 

 

i

 

 

 

 

 

элементов, а именно:

x = y , тогда и только тогда, когда x, y Î X i , т.е. элементы принадлежат

одному классу эквивалентности.

 

 

 

 

 

Отношением

нестрогого порядка(используются

обозначения: £ ,

Í ) называется

отношение обладающее следующими свойствами:

 

 

 

 

 

-рефлексивнности x £ x

-антисимметричности x £ y и y £ x ® x = y

-транзитивности x £ y и y £ z ® x £ z .

Отношением строгого порядка(используются обозначения < , Ì ) называется отношение обладающее следующими свойствами:

-антирефлексивности x < x -ложно;

- асимметричности x < y и y < x -взаимоисключаются;

-транзитивности из x < y и y < z ® x < z .

Отношением доминирования называется отношение, обладающее двумя свойствами: антирефлексивностью и асимметричностью. Говорят, что " x доминирует y " (обозначается

x f y ), когда x в каком-то смысле превосходит y .

 

 

 

Это

отношение, как

правило, используется

для

описания

административных,

управленческих, а в общем случае иерархических систем.