6. Відношення часткового порядку

Означення 6.1. Відношення на множині А називають відношенням часткового порядку (або частковим порядком), якщо воно рефлексивне, антисиметричне й транзитивне. Множину А із частковим порядком називають частково впорядкованою множиною й позначають (A,)

Приклад 6.1. Нехай A={ 1, 2, 3, 4, 5}. Відношення задамо як звичайне порівняння чисел: (а,b) тоді й тільки тоді, коли аb,(а,bА). Неважко безпосередньо переконатись, що це відношення є частковим порядком на множині А. ▲

Приклад 6.2. Нехай A={1, 2, 3, 4, 6, 8, 12}. Відношення задамо так: (а, b) тоді й тільки тоді, коли а ділить b. Отже: ={(1,1), (2,2), (3,3), (4,4), (6,6), (8,8), (12,12), (1,2), (1,3), (1,8), (1,12), (2,4), (2,6), (2,8), (2,12), (3,6), (3,12), (4,8), (4,12), (6,12)}. Легко переконатись, що це відношення рефлексивне, антисиметричне й транзитивне й, отже, є відношенням часткового порядку на множині А. ▲

Означення 6.2. Два елементи а та b частково впорядкованої множини (А, R) називають порівняльними, якщо аb або bа. Якщо а та b такі елементи, що ані аb, ані bа, то їх називають непорівняльними.

Приклад 6.3 Елементи 3 та 4 множини (А, ) із прикладу 6.2– непорівняльні. ▲

Означення 6.3. Якщо (А, ) частково впорядкована множина, у якій будь–які два елементи порівняльні, то таку множину називають тотально або лінійно впорядкованою, а частковий порядок називають тотальним або лінійним порядком. Отже, множина (А, ) із прикладу 6.1 лінійно впорядкована, множина (А,) із прикладу 6.2 частково впорядкована, але не лінійно впорядкована. Лінійно впорядковану множину називають також ланцюгом.

Приклад 6.4. Нехай А=–множина всіх булевих векторів довжини п. Визначимо частковий порядок на цій множині так: (а₁,а₂,.. ., а_n)<(b₁,b₂,..., b_n) тоді й тільки тоді, коли a_і b_і (i=1,2,.. .,п). Цей частковий порядок не є лінійним порядком. Наприклад, не можна порівняти вектори (010000) та (101000). ▲

Матриця відношення часткового порядку. Оскільки відношення часткового порядку є рефлексивним, головна діагональ матриці цього відношення містить одиниці. Через те що воно є асиметричним, жоден одиничний елемент не має симетричного собі відносно головної діагоналі. Оскільки це відношення є транзитивним, наявність одиниць на перетині i-го стовпця та j-го рядка й одиниці на перетині j-го стовпця і k-го рядка спричинює наявність одиниці на перетині i-го стовпця та k-го рядка.

Означення 6.3. У частково впорядкованій множині (А, ) запис аb означає, що (а, b). Запис а<b означає, що аb, але аb. Якщо а<b, то кажуть, що а передує b (а менше b) або b виходить з а (b більше а). Елемент bА безпосередньо виходить з аА тоді й лише тоді, коли а<b і не існує такого cА, що а<c<b. У такому випадку кажуть також, що елемент а безпосередньо передує елементу b.

Приклад 6.5. Для відношення часткового порядку = “ділиться націло на” на множині A= {1, 2, 3, 4, 6, 7, 12, 14, 21, 28} матриця відношення має такий вигляд:

	1	2	3	4	6	7	12	14	21	28
1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
3	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0
4	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0
6	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0
7	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0
12	1	1	1	1	1	0	1	0	0	0
14	1	1	0	0	0	1	0	1	0	0
21	1	0	1	0	0	1	0	0	1	0
28	1	1	0	1	0	1	0	1	0	1

Діаграмма Хассе. Розглянемо частково впорядковану множину (А, ). Зобразимо кожний елемент А точкоюна площині й розглянемо всі впорядковані пари (,). Зобразимо точкувище точкитоді й лише тоді, коли<і з’єднаємо точкиталінією, якщобезпосередньо виходить з. Результатом процесу є діаграма Хассе: у цій діаграмі існує шлях, який веде від точкидо точки, якщо<.

Зазначимо, що символ використовують для позначення довільного відношення часткового порядку.

Елементи частково впорядкованих множин, які мають певні екстремальні властивості, є дуже важливими в багатьох застосуваннях. Елемент частково впорядкованої множини називають максимальним, якщо він не менший від будь-якого елемента цієї множини. Отже, а є максимальним елементом частково впорядкованої множини (А,), якщо не існує такого bА, що a<b. Аналогічно, елемент називають мінімальним, якщо він не більший від будь-якого елемента частково впорядкованої множини. Отже, а є мінімальним, якщо не існує такого bА, що b<а. Максимальні та мінімальні елементи легко визначити на діаграмі Хассе – це, відповідно, “верхні” і “нижні” її елементи (“верхні” елементи не мають висхідних ребер, а “нижні” – низхідних).

Приклад 6.6. На множині А={2, 4, 5, 10, 12, 20, 25 } задано відношення часткового порядку ={(а, b) | а ділить b}. Знайдемо максимальні й мінімальні елементи множини (А, ). Діаграму Хассе для цієї множини зображено на рис. 6.3. Із цієї діаграми робимо висновок, що максимальні елементи 12, 20 та 25, а мінімальні – 2 та 5. Цей приклад свідчить, що частково впорядкована множина може мати понад один максимальний або мінімальний елемент. ▲

Рис. 6.1. Діаграма Хассе