Вивчення поняття відносин залежності

Курсова робота

Вивчення поняття відносин залежності

Зміст

Введення

1. Визначення й приклади

2. Простір залежності

3. Транзитивність

4. Зв'язок транзитивних відносин залежності з операторами замикання

5. Матроїди

Висновок

Список літератури

Введення

Метою курсової роботи є вивчення поняття відносини залежності, розгляд відносини залежності на різних множинах.

Поставлена мета припускає рішення наступних задач:

Вивчити й дати визначення поняттю відношення залежності.

Розглянути деякі приклади відносини залежності.

Сформулювати й довести властивості й теореми як для довільних, так і для транзитивних просторів залежності.

Розглянути теорему про зв'язок транзитивного відношення залежності й алгебраїчного оператора замикання.

Вивчити поняття матроїда, привести приклади матроїдів.

Розглянути жадібний алгоритм і його зв'язок з матроїдами.

На підставі поставлених цілей і задач кваліфікаційна робота розбивається на 5 параграфів.

У першому параграфі наведені основні визначення й розглянуті деякі приклади відносини залежності.

У другому - розглядаються довільні простори залежності, їхньої властивості й деяких теорем.

Третій - присвячений транзитивним і кінцеве мірним просторам залежності. Тут розглянуті властивості транзитивних просторів залежності й доведені теореми, які підтверджують існування базису й інваріантність розмірності в будь-якому кінцеве мірному транзитивному просторі залежності.

У четвертому параграфі формулюються основні визначення дотичного оператора замикання й розглянута теорема про подання транзитивного відношення залежності за допомогою алгебраїчного оператора замикання.

П'ятий параграф присвячений матроїдам, прикладам матроїдів і їхньому застосуванню при вивченні теоретичною основою аналізу «жадібних» алгоритмів.

Основною літературою при написанні кваліфікаційної роботи стали монографії: Кона П. «Універсальна алгебра» [2] і Куроша О. Г. «Курс вищої алгебри» [3].

1. Визначення й приклади

Визначення 1.

Множина Z підмножин множини A назвемо відношенням залежності на A, якщо виконуються наступні аксіоми:

Z₁: Z ;

Z₂: Z Z ;

Z₃: Z ( Z - звичайно).

Підмножина множини A називається залежною, якщо вона належить Z, і незалежною у противному випадку.

Легко переконатися в незалежності аксіом Z₁ - Z₃..

Модель 1: . Думаємо Z = B (А) для будь-якої множини .

Модель 2: . Нехай Z = при .

Модель 3: . Нехай Z = для нескінченної множини .

Визначення 2.

Простором залежності назвемо пари Z , де Z - відношення залежності на A.

Визначення 3.

Елемент називається залежним від множини , якщо а X або існує така незалежна підмножина Y множини X, що залежно, тобто Z Z ).

З визначення 1 випливає, що якщо елемент залежить від множини , то він залежить від деякої кінцевої підмножини .

Визначення 4.

Множина всіх елементів, що залежать від X, називається оболонкою множини X і позначається через .

Ясно, що й включення тягне включення їхніх оболонок: .

Визначення 5.

Якщо = A, то X називається множиною, що породжує, множини A.

Визначення 6.

Незалежна підмножина, що породжує, множини A називається базисом множини A.

Визначення 7.

Множина залежить від , якщо будь-який елемент із залежить від , тобто .

Визначення 8.

Відношення залежності Z на A будемо називати транзитивним відношенням залежності, якщо .

Визначення 9.

Транзитивним простором залежності назвемо простір залежності, у якому відношення залежності має властивість транзитивності.

Як теоретико-множинний постулат будемо використовувати наступний принцип, еквівалентний відомій аксіомі вибору.

Лема Цорна.

Непуста впорядкована множина, у якому кожне лінійно впорядкована підмножина має верхню грань, має максимальний елемент.

Далі доцільно розглянути деякі приклади відносини залежності:

Приклад 1.

Поняття лінійної залежності у векторному просторі V над полем . Система векторів векторного простору V називається лінійно залежної, якщо існує кінцева лінійно залежна її підсистема, у противному випадку - лінійно незалежної.

Поняття лінійної залежності в кінцеве мірних векторних просторах дається в курсі алгебри. Кінцева система векторів V називається лінійно залежної, якщо існують елементи поля одночасно не рівні нулю й такі, що лінійна комбінація . Множина лінійних комбінацій множини векторів векторного простору V з коефіцієнтами з поля P називається лінійною оболонкою цих векторів і позначається . При цьому - є підпростором у просторі V, породженим . Одержуємо транзитивне відношення залежності.

Приклад 2.

Нехай поле є розширенням основного поля Р, а мінімальне підкольце утримуючі елементи й поле Р. Підкольце складається із всіх елементів поля, які виражаються через елементи й елементи поля Р за допомогою додавання, вирахування й множення: це будуть усілякі багаточлени від з коефіцієнтами з поля Р. Тоді, якщо для всякого елемента існує єдиний запис у вигляді багаточлена від як невідомих з коефіцієнтами з поля Р, тобто якщо різні багаточлени від будуть різними елементами підкольца , те система елементів , буде називатися алгебраїчно незалежної над полем Р, у противному випадку алгебраїчно залежної. Довільна множина елементів поля Р називається залежним, якщо воно містить кінцеву залежну підмножину. У першому випадку кільце ізоморфно кільцю багаточленів . Відношення алгебраїчної залежності над полем Р є транзитивним відношенням залежності.

Приклад 3.

Нехай на множині A задане рефлексивне й симетричне бінарне відношення (називане відношенням подібності). Підмножина X множини A будемо вважати залежним, якщо воно містить два різних елементи, що перебувають у відношенні .

Оболонкою множини служить множина

У цьому випадку можна підсилити аксіому відносини залежності в такий спосіб:

Z Z.

Тоді оболонкою множини буде множина всіх елементів, що перебувають відносно подібності хоча б з одним елементом із множини .

Уведене відношення залежності буде транзитивним тоді й тільки тоді, коли відповідне бінарне відношення буде транзитивне, тобто є відношенням еквівалентності на .

У випадку, коли - відношення еквівалентності буде незалежним тоді й тільки тоді, коли множина містить не більше одного елемента. Будь-яка максимальна незалежна підмножина буде містити рівно по одному елементі з кожного класу еквівалентності .

Приклад 4.

Розглянемо чотирьох елементну множину .

Назвемо підмножину множини залежним тоді й тільки тоді, коли або .

Z .

Розглянемо підмножину множини , по уведеному визначенню воно буде незалежно. Розглянемо оболонку множини й знайдемо оболонку оболонки нашої множини . Таким чином, ми одержали, тобто розглянуте нами відношення залежності не є транзитивним.

Приклад 5.

Розглянемо довільну множину й . Множина будемо вважати залежним, якщо B (А)\ B (В), тобто , але . Таким чином, одержали наступний транзитивний простір залежності: B (А)\ B (В. Оболонкою буде множина .

Зокрема можна розглянути 2 випадки:

, тобто всі множини незалежні, тоді .

B (А) , тобто всі множини, крім порожнього, будуть залежними, у цьому випадку .

Приклад 6.

Розглянемо довільну множину і його непусту кінцеву підмножину . Уведемо на множині А наступне відношення залежності

Z B (А) .

Таким чином, залежними будуть всі надмножини множини .

Якщо , то .

Якщо , то .

Якщо , то .

Одержуємо транзитивний простір залежності.

Приклад 7.

Підпростір простору залежності Z . Розглянемо , де діє те ж відношення залежності Z. Тоді одержимо індукований простір залежності Z B . У цьому випадку залежними будуть тільки ті підмножини множини, які були залежні в просторі Z . І якщо простір Z транзитивне, те транзитивним буде й підпростір .

Приклад 8.

Нехай і Z = . Такий простір залежності Z не транзитивне, тому що й . Простір А має два базиси й, які є і єдиними мінімальними множинами, що породжують в.

Цей приклад показує, що існують не транзитивні простори залежності, у яких мінімальні множини, що породжують, незалежні, тобто є базисами.

Приклад 9.

Задамо на множині N натуральних чисел наступне відношення залежності:

Z .

Одержуємо нескінченну строго зростаючий ланцюжок оболонок в Z . При одержуємо

.

Таким чином, маємо .

Зауваження.

Поняття простору залежності можна й зручно визначати через базу залежності. Саме, множина B всіх мінімальних залежних множин простору залежності Z назвемо його базою. Ясно, що множини з B не порожні, кінцеві й не втримуються друг у другу. Крім того, будь-яка незалежна множина містить деяка множина бази B. Простір Z має єдину базу й однозначно визначається їй. Тому простору залежності можна задавати базами.

Легко бачити, що вірно наступне твердження:

Непуста множина B підмножин множини задає на відношення залежності тоді й тільки тоді, коли множини з B не порожні, кінцеві й не включений друг у друга.

У термінах бази B можна сформулювати умова транзитивності відповідного простору залежності.

2. Простір залежності

Теорема 1.

Нехай Z - довільний простір залежності. Розглянемо наступні три твердження:

X -- базис в A;

X -- максимальна незалежна підмножина в A;

X -- мінімальна множина, що породжує, в A.

Тоді й .

Доказ:

(i) (ii) Якщо X - базис, то по визначенню 6 X - незалежна підмножина, що породжує. Доведемо від противного, що воно максимальне. Нехай існують незалежні множини . Візьмемо , тоді незалежно, тому що будь-яка підмножина незалежної множини незалежно. Тому по визначеннях 3 і 5 , звідки , одержали протиріччя з умовою. Тому X є максимальною незалежною підмножиною в A.

(ii) (i) Доведемо від противного, нехай не базис в , тобто . Тоді таке, що незалежно й лежить в , одержали протиріччя з максимальністю .

(ii) (iii) Якщо X -- максимальна незалежна множина в A, те всякий елемент в A або належить X, або такий, що залежно, а тому в тім і іншому випадку, тобто Оскільки , те X - множина, що породжує. Виходить, - базис простору .

Доведемо тепер, що воно мінімально. Нехай множина . Доведемо, що воно не є породжує для A. Візьмемо , але . Тоді незалежно, як підмножина множини X. Тому по визначеннях 3 і 5 і , а це значить, що Y не є множиною, що породжує. Висновок: X - мінімальна множина, що породжує, в A.

(i) (iii) Справедливо, по доведеним вище твердженнях (i) (ii) і (ii) (iii). :

Визначення - позначення 10.

Для довільної множини простору залежності Z позначимо множину всіх максимальних незалежних підмножин, а через - множину всіх мінімальних підмножин, що породжують, цієї множини.

З теореми 1 випливає, що збігається із множиною всіляких базисів простору й для кожного .

Наступний приклад показує, що зворотне включення вірно не завжди.

Приклад 10.

Розглянемо дев'яти елементну множину , що записана у вигляді матриці . Залежними будемо вважати підмножини множини , що містять «прямі лінії»: стовпці, рядки або діагоналі матриці .

Розглянемо множини й , вони буде максимальними незалежними, тому що не містять прямих і при додаванні будь-якого елемента з , що не лежить у них, стають залежними. Тут максимальні незалежні множини містять різна кількість елементів.

Розглянемо ще одну множину , вона є мінімальним що породжує, тому що якщо виключити з нього хоча б один елемент, то воно вже не буде множиною, що породжує. Легко помітити, що залежно, тому не є базисом. Даний приклад ілюструє, що (iii) (i) не вірно в загальному випадку, тобто для довільних просторів залежності.

Для будь-якого простору залежності Z виконуються наступні властивості:

Заміщення. Якщо

Доказ:

Нехай , . Тому що залежить від , те залежить від незалежної підмножини множини , тобто залежно. Тепер, якби , те було б підмножиною множини й тому , що суперечило б нашому припущенню. Тому . Візьмемо . Тоді незалежно, тому що . Але залежно. Звідки .

Вкладеність. Об'єднання будь-якої системи вкладених друг у друга незалежних множин є незалежною множиною, тобто - незалежно, де також незалежні й

Доказ:

Доведемо від противного. Припустимо, що залежно, тоді в ньому найдеться кінцева залежна підмножина : . Маємо , одержали протиріччя з незалежністю .

Максимальність. Будь-яка незалежна множина втримується в максимальній незалежній множині.

Доказ:

Нехай - довільна незалежна множина в. Утворимо множину Z : всіх незалежних множин, що містять . Відносно множина є впорядкованою множиною, що задовольняє по властивості вкладеності, умові леми Цорна. Тоді по лемі Цорна в існує максимальний елемент .

Теорема 2.

Будь-який простір залежності має базис.

Доказ:

Візьмемо порожню множину, вона незалежне. По властивості максимальності воно повинне втримуватися в деякій максимальній незалежній множині, що по теоремі 1 є базисом.

3. Транзитивність

Особливий інтерес представляють транзитивні простори залежності. Важливим результатом є доказ інваріантності розмірності будь-якого транзитивного простору залежності.

Доведемо деякі властивості, справедливі для транзитивних просторів залежності Z .

Властивість 1: залежить від .

Доказ:

залежить від , тобто , і . Розглянемо , тоді - незалежно й - залежно, а , одержуємо, що , тому . Маємо .

По визначенню 8 будь-яка підмножина залежить від

Властивість 2: Якщо залежить від , а залежить від , те залежить від .

Доказ:

Запишемо умову, використовуючи властивість 1 , а , тоді очевидно, що .

Властивість 3: Якщо X -- мінімальна множина, що породжує, в A, те X - базис в A.

Доказ:

Нехай X -- мінімальна множина, що породжує, в A. Покажемо, що воно не може бути залежним, тому що в цьому випадку його можна було б замінити власною підмножиною, що усе ще породжує A. Дійсно, у силу транзитивності відносини залежності, будь-яка множина, що породжує множина X, буде так само породжувати й множина A. Отже, X - незалежна множина, що породжує, що по визначенню 6 є базисом.

Властивість 4: для кожного .

Доказ: Потрібне із властивості 3.

Властивість 5 (про заміну.) :

Якщо X -- незалежна множина й Y -- множина, що породжує, в A, то існує така підмножина множини Y, що й - базис для A.

Доказ:

Розглянемо систему J таких незалежних підмножин Z множини A, що .

Тому що X незалежно, те такі множини існують; крім того, якщо -- деяке лінійно впорядкована множина множин з J, те його об'єднання знову належить J, оскільки Z задовольняє умові , і якщо Z залежне, те деяка кінцева підмножина множини Z повинне було б бути залежним; ця підмножина втримувалося б у деякій множині в суперечності з тим фактом, що всі незалежні.

По лемі Цорна J має максимальний елемент М; у силу максимальності кожний елемент множини Y або належить М, або залежить від М, звідки . Цим доведено, що М -- базис в A. Тому що , те М має вигляд , де задовольняє умовам .¦

Визначення 11.

Простір залежності Z називається кінцеве мірним, якщо будь-яке його незалежна множина кінцева.

Теорема 3.

Нехай Z - транзитивний простір залежності. Тоді будь-які два базиси в цьому просторі рівно потужні.

Доказ:

Розглянемо спочатку випадок кінцеве мірного простору .

Нехай В, З -- будь-які два базиси в А, їхнє існування забезпечується теоремою 2, і , , , де різні елементи позначені різними буквами або постачені різними індексами. Застосуємо індукцію по max (r, s).

Якщо r = 0 або s = 0, то або , і . Тому можна припускати, що r ? 1, s ? 1, без обмеження спільності будемо вважати, що r > s, так що насправді r > 1.

Припустимо, що базиси будуть рівне потужними для будь-якого t < r

По лемі про заміну множина можна доповнити до базису D елементами базису З, скажемо

, t ? s < r.

Тепер перетинання D c У складається з n + 1 елемента, і D містить, крім того, ще t (< r) елементів, тоді як У містить, крім цього перетинання, ще r - 1 елементів, так що по припущенню індукції , тобто .

Оскільки r > 1, звідси випливає, що t ? 1, і тому перетинання D із Із містить не менше ніж n+1 елементів. Використовуючи ще раз припущення індукції, знаходимо, що й, отже, r = s і базиси В и С рівне потужні.

Далі, нехай В - кінцевий базис в. Тоді й будь-який інший базис Із простору буде кінцевим. Дійсно, У виражається через кінцеву множину елементів у силу транзитивності буде що породжує й незалежною множиною в , тобто .

Нарешті, якщо базиси В и С нескінченні. Кожний елемент із У залежить від деякої кінцевої підмножини базису З, і навпаки. Потужність множини всіх кінцевих підмножин усякої нескінченної множини дорівнює потужності самої множини. Тому потужності В и С збігаються.

Теорема 4.

Нехай Z - довільний простір залежності, тоді наступні умови еквівалентні

Z транзитивне;

для будь-якого кінцевого ;

кінцевих і Z

Z;

для будь-якого кінцевого .

Доказ:

(i) (ii) Справедливо по теоремі 3 і прикладу 7.

(ii) (iii) Візьмемо , так що - незалежно й . Допустимо, що твердження Z невірно. Тоді Z. Розглянемо . Маємо . Але Z, тому Z . По (ii) маємо . Але - протиріччя.

(iii) (ii) Доведемо від противного. Нехай . Можна вважати, що . Тоді по (iii) незалежно. Одержали протиріччя з максимальністю

(iii) (i) Потрібно довести рівність для довільного .

Візьмемо й покажемо, що Тому що , те Нехай існує , тоді незалежно й існує Z і Z . Розширюючи в можна припустити, що По (ii) , тобто . Тому по (iii) Z . бачимо, що . Виходить, . Одержуємо протиріччя з тим, що Отже, , те мережа .

Тепер досить показати, що . Нехай , тоді залежно, розширюючи в можна припустити, що , крім того , тоді по (ii) . незалежно, тому . По (iii) Z . бачимо, що . Виходить, , одержали протиріччя з максимальністю . Отже, , зворотне включення очевидно, тому .

(iv) (ii) У силу теорем 1 і 3 і доведена еквівалентності

(i) (ii).¦

Далі будемо розглядати транзитивний простір залежності Z .

Визначення 12.

Потужність максимальної незалежної підмножини даної множини називається рангом цієї множини: .

Будемо розглядати кінцеві підмножини .

Мають місце наступні властивості.

Властивість 1^о: Z .

Доказ: Z .

Властивість 2^о: Z .

Доказ: Z, візьмемо , тоді по властивості 1^о і . Зворотне твердження потрібне з визначення 13.

Властивості 3^о - 7^о сформульовані для .

Властивість 3^о: .

Доказ: Ясно, що , і тому що число елементів будь-якої підмножини не більше числа елементів самої множини, то дана властивість виконується.

Властивість 4^о: .

Доказ: потрібне з того, що незалежна підмножина в можна продовжити до максимальної незалежної підмножини в ;

Властивість 5^о: .

Доказ:

Нехай Тоді И потім . Маємо .

Властивість 6^о: .

Доказ: випливає із властивості 4⁰;

Властивість 7^о: .

Доказ:

.

4. Зв'язок транзитивних відносин залежності з операторами замикання

Транзитивне відношення залежності також може бути описане за допомогою алгебраїчного оператора замикання деякого типу. Для початку сформулюємо визначення використовуваних понять.

Визначення 13.

Множина E підмножин множини A називається системою замикань, якщо E і система E замкнута щодо перетинань, тобто ?D E для кожної непустої підмножини D E

Визначення 14.

Оператором замикання на множині A називається відображення J множини B (A) у себе, що володіє наступними властивостями:

J. 1. Якщо , то J(X) J(Y);

J. 2. X J(X);

J. 3. JJ(X) = J(X), для всіх X, Y B (A).

Визначення 15.

Оператор замикання J на множині A називається алгебраїчним, якщо для будь-яких і тягне для деякої кінцевої підмножини множини .

Визначення 16.

Система замикань називається алгебраїчної, якщо тільки відповідний оператор замикання є алгебраїчним

Слід зазначити теорему про взаємозв'язок між системами замикань і операторами замикань.

Теорема 5.

Кожна система замикань E на множині визначає оператор замикання J на за правилом J(X) = ?{Y E | Y X}. Обернено, кожний оператор замикання J на визначає систему замикань E J .

Наступна теорема показує зв'язок транзитивного відношення залежності й алгебраїчного оператора замикання.

Теорема 6.

Для будь-якого транзитивного відношення залежності Z відображення є алгебраїчним оператором замикання на А із властивістю заміщення.

Обернено, будь-який алгебраїчний оператор замикання на А із властивістю заміщення виходить таким способом з деякого транзитивного відношення залежності Z на А.

Доказ:

Будемо називати підмножину Т множини A замкнутим, якщо .

Покажемо спочатку, що замкнуті підмножини утворять систему замикань. Якщо , де - сімейство замкнутих множин, то нехай - така незалежна підмножина множини B, що залежно; оскільки для всіх , маємо , звідки , тобто В замкнуто.

Нехай , те по визначенню 3 Z кінцеве, таке що залежно. У першому випадку , а в другому . І оскільки замкнуто в силу транзитивності, одержуємо алгебраїчний оператор замикання.

Цим доведено, що замкнуті підмножини утворять алгебраїчну систему замикань.

Виконання властивості заміщення потрібне з відповідної властивості просторів залежності.

Обернено, нехай - алгебраїчний оператор замикання із властивістю заміщення.

Будемо вважати залежним, якщо для деякого , і незалежним у противному випадку.

Тому що оператор алгебраїчний, то звідси випливає, що всяка залежна множина має кінцеву залежну підмножину, і оскільки очевидно, що всяка множина, що містить залежну підмножину, саме залежно, у такий спосіб одержуємо відношення залежності. Умова транзитивності виконується по визначенню, і це показує, що ми маємо транзитивне відношення залежності.

Тепер для будь-яких , маємо тоді й тільки тоді, коли для деякої кінцевої підмножини множини . Вибираючи мінімальним, можемо припускати, що незалежно. Звідси випливає, що й, отже, .

Обернено, якщо , те знову для деякої кінцевої незалежної підмножини множини . Це означає, що залежно, тобто для якогось .

У силу властивості заміщення одержуємо, що й , тому .

Зауваження. Існують алгебраїчні оператори замикання, що не володіють властивістю заміщення. Для приклада візьмемо нескінченну циклічну напівгрупу .

Нехай і . Тоді , , але .

5. Матроїди

Поняття матроїда тісно пов'язане з поняттям відносини залежності, тому ця тема розглядається в даній кваліфікаційній роботі. Однак з іншої сторони воно є теоретичною основою для вивчення й аналізу «жадібних» алгоритмів.

Визначення 17.

Матроїдом називається кінцева множина й сімейство його підмножин , таке що виконується три аксіоми:

М₁: ;

М₂: ;

М₃:

Визначення 18.

Елементи множини називаються незалежними, а інші підмножини - залежними множинами.

Відповідно до уведеного раніше аксіомами простору залежності бачимо, що матроїди - це в точності кінцеві транзитивне простори залежності.

Розглянемо наступні приклади матроїдів:

Приклад 1.

Сімейство всіх лінійно незалежних підмножин будь-якої кінцевої множини векторів довільного непустого векторного простору є матроїдом.

Дійсно, по визначенню можна вважати, що порожня множина лінійно незалежно. Усяка підмножина лінійно незалежної підмножини векторів лінійно незалежно. Нехай і - лінійно незалежні множини. Якби всі вектори із множини виражалися у вигляді лінійної комбінації векторів із множини , то множина була б лінійно залежним. Тому, серед векторів множини є принаймні один вектор , що не входить у множину й не виражається у вигляді лінійної комбінації векторів із множини . Додавання вектора до множини утворить лінійно незалежна множина.

Приклад 2.

Вільні матроїди. Якщо - довільна кінцева множина, то - матроїд. Такий матроїд називається вільним. У вільному матроїді кожна множина незалежно, А є базисом і .

Приклад 3.

Матроїд трансверсалей. Нехай - деяка кінцева множина, і - деяке сімейство підмножин цієї множини. Підмножина називається часткової трансверсалью сімейства , якщо містить не більш ніж по одному елементі кожної підмножини із сімейства . Часткові трансверсали над утворять матроїд на А.

Перейдемо до розгляду жадібного алгоритму. Для початку потрібно сформулювати задачу, що будемо вирішувати з його використанням.

Нехай є кінцева множина , , вагова функція й сімейство .

Розглянемо наступну задачу: знайти , де . Інакше кажучи, необхідно вибрати в зазначеному сімействі підмножина найбільшої ваги.

Не обмежуючи спільності, можна вважати, що

Розглянемо такий алгоритм, що вихідними даними має множину , сімейство його підмножин і вагарню функцію , причому множина впорядкована в порядку убування ваг елементів. Після виконання цього алгоритму ми одержимо підмножину .

Споконвічно шукана множина порожньо, далі переглядаємо по черзі всі елементи із множини й перевіряємо залежність множини , якщо - незалежно, те елемент додаємо в множину , якщо ж - залежне, те переходимо до елемента , поки всі елементи із множини не будуть перевірені.

Алгоритм такого типу називається «жадібним». Зовсім очевидно, що по побудові остаточна множина , тобто незалежно. Також очевидно, що жадібний алгоритм є надзвичайно ефективним: кількість кроків становить, тобто жадібний алгоритм є лінійним. (Не вважаючи витрат на сортування множини й перевірку незалежності .)

Приклад 4.

Нехай дана матриця . Розглянемо наступні задачі.

Задача 1. Вибрати по одному елементі з кожного стовпця, так щоб їхня сума була максимальна.

Тут вагова функція ставить у відповідність елементу матриці його значення. Наприклад, .

Множина в такий спосіб:

.

Сімейство незалежних підмножин будуть утворювати такі множини, у яких всі елементи з різних стовпців і порожня множина.

Наш алгоритм буде працювати в такий спосіб:

0 крок: ;

1 крок: перевіряємо для елемента , ;

2 крок: для , ;

3 крок: для , ;

4 крок: для , ;

5 крок: для , ;

6 крок: для , ;

7 крок: для , ;

8 крок: для , ;

9 крок: для , ;

У результаті одержали множину , ., отриманий результат дійсно є рішенням задачі.

Задача 2. Вибрати по одному елементі з кожного рядка, так щоб їхня сума була максимальна.

Тут функція й множина такі ж як і в попередній задачі, а сімейство незалежних підмножин будуть утворювати такі множини, у яких всі елементи з різних рядків і порожня множина.

Використовуючи наш алгоритм одержимо наступне рішення: множина й , що так само є вірним.

Задача 3. Вибрати по одному елементі з кожного стовпця й з кожного рядка, так щоб їхня сума була максимальною.

У цій задачі функція й множина залишаються колишніми, а сімейство незалежних підмножин будуть утворювати такі множини, у яких всі елементи з різних стовпців і різних рядків і порожня множина.

Неважко бачити, що жадібний алгоритм вибере наступні елементи:

і, які не є рішенням задачі, оскільки існує краще рішення - і .

Виникає питання, у яких же випадках жадібний алгоритм дійсно вирішує поставлену задачу? На поставлене питання допоможе відповісти теорема, сформульована й доведена в [4, с.75-76].

Теорема 7.

Для будь-якої функції жадібний алгоритм знаходить незалежну множину з найбільшою вагою, тоді й тільки тоді, коли є матроїдом.

Дійсно, у нашім прикладі в задачах 1 і 2 - матроїд, а в задачі 3 таким не є, тому що не виконується аксіома М₃. Якщо розглянути , тоді одержали протиріччя з незалежністю хоча б одного із множин.

Висновок

У роботі були розглянуті такі питання, як:

Вивчення й визначення поняття відношення залежності.

Розглянуті деякі приклади відносин залежності.

Сформулювали й довели властивості теореми як для довільних, так і для транзитивних просторів залежності. Робота дала відповіді на всі питання, які були поставлені за мету.

Список літератури

1. Ван дер Варден Б.Л. Алгебра. - К., 2004

2. Кон П. Універсальна алгебра. - К., 2004.

3. Курош О. Г. Курс вищої алгебри. - К., 2003.

4. Новиков Ф. А. Дискретна математика для програмістів. - К., 2005

5. Фрид Е. Елементарне введення в абстрактну алгебру. - К., 2000