目录

​1,环​

​环的定义​

​环的例子​

​环的性质​

​2,交换环和非交换环​

​3,零因子、整环​

​4,半环​

​5,半环的应用举例——社交网络​

​6,欧几里得整环​


1,环

环的定义

环是具备相关定义且遵循相关公理的集合。它必须定义下面三项运算及两个常量:

数学与泛型编程(4)环_社交网络

并遵循下面几条公理:

数学与泛型编程(4)环_欧几里得算法_02

环的例子


  • 整数,即全体整数和加法乘法构成的环
  • 带有实系数的n×n矩阵
  • 高斯整数(实部和虚部都是整数的复数)
  • 整系数多项式

环的性质

(1)每个环都是加法群,而由于所有的加法群均为阿贝尔群,因此,每个环也都是阿贝尔群。

(2)可逆元素

对于环中的元素x来说,如果可以找到符合下列等式的元素x^-1,那么x就是可逆的

数学与泛型编程(4)环_多项式_03

每个环都至少包含一个可以逆元素,也就是1。有些环可能会有多个可逆元素,例如整数环Z,就有1与-1这两个可逆元素。

环中的可逆元素,称为该环的单位(又称可逆元)

(3)环的可逆元在乘法之下闭合(也就是说,两个可逆元的乘积,依然是可逆元)

2,交换环和非交换环

如果环遵循xy=yx这一公理,那么它就是交换环,否则就是非交换环。

非交换环通常来自线性代数领域,如带有实系数的n×n矩阵,

代数整数环、高斯整数、整系数多项式都是交换环。

这两种环分别衍生出抽象代数的两个分支,也就是交换代数及非交换代数。

3,零因子、整环

环中的元素x若满足x≠0,且能找到y≠0,使得xy=0,则称为零因子。

例如,在整数模6的剩余类环Z6中,2与3就是零因子。

不含零因子的交换环,称为整环。

整环的例子:


  • 整数
  • 高斯整数
  • 整系数多项式

4,半环

半环是具备相关定义且遵循相关公理的集合。它必须定义有下列两种运算及两个常量:

数学与泛型编程(4)环_欧几里得算法_04

并遵循下列几条公理:

数学与泛型编程(4)环_欧几里得算法_05

半环比环少一个运算,少一条公理。

5,半环的应用举例——社交网络

社交网络中,著名的六度空间理论(有人提出现在已经是四度了),用矩阵表示就是:

数学与泛型编程(4)环_社交网络_06

假设地球有70亿人,那么我们制作一个70亿行70亿列的0-1矩阵A,那么A^6一定是一个所有元素都是1的矩阵。

而且在矩阵相乘的过程中,我们可以找到一个人到另外一个人的最短相识链(链的长度最少是1最多是6)

6,欧几里得整环

如果E满足下列三项条件,那么它就是欧几里得整环:

E是整环

E具备求商(quotient)及求余(remainder)操作,并满足:

数学与泛型编程(4)环_社交网络_07

E具有非负的范数||x||:E→N,并满足:

数学与泛型编程(4)环_欧几里得算法_08

注:上面这2个并满足的条件,其实只是对文字内容做解释而已,并不是额外条件。此处的“范数”,对于整数来说,它指的是绝对值,对于多项式来说,它指的是次数,而对于高斯整数来说,它指的则是该数作为复数所具备的范数。然而无论它具体指的是什么,其重要之处都在于:它能够与自然数相对应,并且会在计算余数的过程中逐渐减小并归零。

欧几里得算法的适用领域是欧几里得整环。

我们把欧几里得算法从整数推广到欧几里得整环的过程中,可以看出一条重要原则:

如果想令算法变得通用,那就别增加额外的机制,而是应该去除各种约束,从而将算法的本质凸显出来。