集合概念与符号

不可数集
• 不可数集: 不对等于N的无限集叫做不可 数的 • 连续统势: 与P(N)对等的集合叫做具有连 : P(N) 续统的势 • 事实3. F={f: N→{0,1}}与P(N)等势 • 事实4. X={A∈P(N) | ∃k∈N, ∀n≥k, n∈A} 是可数的 • 事实5. 在二进制中1=0.11….(1循环)
• 小于10的正奇数集合A={1, 3, 5, 7, 9} • 表面看起来不相干的元素所构成的集合 {a, 2, Fred, New Jerseg} • 集合B={x | x是小于10的正奇数} • 上例中集合A=B
集合相等和子集合
• 集合相等 集合相等：如果两个集合A和B有同样的 元素组成，就说集合A和B相等，记作A= B或B=A. • 子集合: 如果集合B的元素都是集合A的 : B A 元素，B叫做A的子集合(简称子集). 记作 B⊂A (读作B包含于A)，或A⊃B (读作A包 含B). • 命题： A= B当且仅当A⊂B且A⊃B.
集合论
1. 集合概念与符号
• • • • 集合(直观描述) 集合相等和子集合 子集的表示方式和全集 常用数学符号和常用集合记号
起源
• 集合论(Set Theory)是现代数学的基础．它的起源可追 溯到16世纪末，主要是对数集进行卓有成效的研 究．但集合论实际发展是由 19世纪 70年代德国数学家 康托尔(G . Cantor) 在无穷序列和分析的有关课题的理 论研究中创立的．康托尔对具有任意特性的无穷集合 进入了深入的探讨，提出了关于基数、序数、超穷数 和良序集等理论，奠定了集合论的深厚基础．因此， 康托尔被誉为集合论的创始人．但随着集合论的发展， 以及它与数学哲学密切联系所作的讨论，在本世纪初， 出现了许多似是而非、自相矛盾的悖论，如著名的罗 素(B . A . W . Russell)悖论，有力冲击了或者说动摇了 集合论的发展．
集合的计算机表示
• 例 令U={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}，而且U的 元素从小到大排序，即ai=i。表示U中所 有奇数的子集、所有偶数的子集和不超 过5的整数的子集的位串分别是什么？ • 解：U中所有奇数的子集即{1,3,5,7,9}的 位串，第1，3，5，7，9位为1，其他位 位0，即 10101 01010
笛卡尔积
• 例 令A为某大学所有学生的集合，B表示 该大学开设的所有课程的集合。A和B的 笛卡儿积A×B是什么？ • 解：笛卡儿积A×B由形为(a, b)的所有有 序偶组成，其中a是学生，而b是该校开 的一门课。集合A×B可以用来表示该校 学生选课的所有可能情况。
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笛卡尔积
• 例 A={1,2}, B={a, b, c}, A×B=? • 上例中A×B是否等于B×A
自然数和有限集
• 自然数:
– 0:=∅, 1:={∅} – 递归定义: n+1:={0,1,…,n} – 自然数集: N={0,1,…}, N+ ={1,2,…}
• 有限集: 如果集合A与某个自然数对等， 就说A是有限集. 约定: 空集是有限集 • 两个不同自然数是不对等的. 自然数可以 看成是有限集势的代表
幂集合
• 空集的幂集合是什么？集合{Φ}的幂集 合是什么？ • P(Φ)={Φ} P({Φ})={Φ,{Φ}} • 如果一个集合有n个元素，那么它的幂集 合有2n个元素。
2. 笛卡尔积
• 定义7 有序n元组（a1,a2,…,an)是以a1为第 一个元素，a2为第2个元素，…，an为第n 个元素的有序组。 • 2元组特称为有序偶。 • 集合A和B的笛卡尔积C=A×B表示所有有 序偶(a,b)的集合, 其中a∈A, b∈B. 也就是 A×B={(a,b) | a∈A且 b∈B}
• 集合论在计算机科学、人工智能领域、逻辑学及语言 学等方面都有着重要的应用．对子从事计算机科学的 工作者来说，集合论是不可缺少的理论知识，熟悉和 掌握它是十分必要的．
集合(直观描述)
• 具有某种属性的对象总体(通常用大写字 母表示，如A,B等)，这些对象称为其元 素 (通常用小写字母表示，如x,y等). • x A x是A的元素记为: x∈A ( : (读作x属于A) x A) • x不是A的元素记为: x∉A (读作x不属于A) • 集合的基本特性是，对于给定的集合A， 任何对象x, x∈A与x∉A中有且只有一个 成立.
子集的表示方式和全集
• 设A是一个集合,其子集B通常用下面的形 式表示：B={x∈A | P(x)}, 其中P(x)表示x 在B中所要满足的条件 • 空集：不含任何元素的集合叫做空集,用 符号∅表示,空集是任何集合的子集： ∅={x∈A | x ≠x} • 在数学的讨论中，常常涉及到的是某个 固定集合的子集，例如，实数的子集. 这 个固定集合叫做全集. 一般用E表示.
6. 集合的势
• • • • • 等势的概念 自然数和有限集 可数集 幂集 不可数集
等势的概念
• 如何说清有限集: 自然数的构造 • 数数的澄清和推广--等势: 如果两个集合 A B A和B之间存在双射,就说A与B是对等的 , A B 或等势的.记做A~B. . A~B. • 等势的性质:
– 1. 自返性: A~A; – 2. 对称性: A~B⇒B~A; – 3. 传递性: A~B, B~C⇒A~C.
3. 集合运算
• • • • 集合的并 集合的交 集合的差运算和余(补)运算 集合运算的性质
集合的并
• 集合A和B的并是由A或B的所有元素组成 的集合, 记为A∪B, 也就是 A∪B={x | x∈A或x∈B} • 集合并运算的性质：
– 交换律 A ∪ B= B ∪ A – 结合律A ∪ (B ∪ C)= (A ∪ B) ∪ C
集合的基数
• 定义4 令S为集合。若S中恰有n个不同元 素，n是非负整数，就说S是有限集合， 而n是集合S的基数，用| S |表示。 • 例 令A为小于10的正奇数集合，则|| A | = A 10 5 • 空集Φ没有元素，所以| Φ | = 0 • 定义5 如果一个集合不是有限的，就说 它是无限的。
集合的计算机表示
• 例 集合{1,2,3,4,5}和{1,3,5,7,9}的位串分别是 11111 00000和10101 01010，用位串求出它们 的并集和交集。 • 解：这两个集合的并集合的位串是 11111 00000 ∨ 10101 01010 = 11111 01010，表示集合{1,2,3,4,5,7,9} 这两个集合的交集的位串是 11111 00000 ∧ 10101 01010＝ 10101 00000，表示集合{1,3,5}
集合相等
集合相等的证明
• 可以考虑用成员表来证明集合相等。我 们考虑一个元素可能属于的集合的每一 种组合，并证明在同样的集合组合中的 元素属于等式两边的集合。用1表示元素 数属于一个集合，用0表示元素不属于一 个集合。
集合相等的证明
• 例 用成员表证明 A∩(B∪C)=(A ∩B) ∪ (A∩C)
幂集合
• 很多问题都要检查一个集合的元素的所 有可能的组合，看它们是否具有某种性 质。为了考虑集合元素所有可能的组合， 我们构造一个新集合，它以S的所有子集 作为它的元素。
幂集合
• 定义6 已知集合S, S的幂集合是集合S所 有子集的集合，用P(S)表示。 • 例 集合{0, 1, 2}的幂集合是 P({0,1,2}={Φ,{0},{1},{2},{0,1},{0,2 },{1,2},{0,1,2}}。 • 空集的幂集合是什么？集合{Φ}的幂集 合是什么？
• 由此原发许多数学家哲学家为克服这些矛盾而建立了 各种公理化集合论体系，其中尤以本世纪初、中期的 ZFS(E . Zermelo, A . Fraenkel, T . Skolem)和NBG(Von Neurnann, P . Bernavs, K . Gödel)公理化体系最为流行. 20 60 P Cohen 到 20世纪 60年代，P . L . Cohen发明了强制方法而得 到了关于连续统与选择公理的独立性成果，尔后的研 究结果推陈出新，大量涌现．在同一时代，美国数学 家 L . A.Zadeh提出了Fuzzy集理论, 以及 20世纪80年 代波兰数学家Z . Pawlak发表了Rough集理论，这两种 理论区别于以往的集合论， 是一种新的模糊集理论， 受到了学术界的重视和青睐，取得了喜人成果．还有 多位著名学者也为集合论的发展作出了重要贡献．
可数集(I)
• 无限集: 不是有限集的集合叫做无限集 • 可数集: 与自然数集N等势的集合叫做可 数集 • 命题1. 有理数集Q={m/n | m∈Z, n∈N+}是 可数的 • 证明：利用高度h=|m|+n • 命题2. 可数集的子集是有限的或可数的
可数集(II)
• 命题3. 有限多个或可数多个可数集的并 集仍然是可数的 • 证明: 次对角排列法. : . • 事实1. 任何无限集都有可数子集 • 事实2.设A是无限集, B可数集,则A∪B~B • 说明: 有些数学书或文章中把有限或可数 集一起叫做至多可数的(at most countable) 或可列的(enumeratable),甚至就叫可数的
集合的交
• 集合A和B的交是由所有A和B的公共元素 组成的集合, 记为A ∩ B, 也就是 A ∩ B={x | x∈A且x∈B} • 集合交运算的性质：
– 交换律 A ∩ B= B ∩ A – 结合律A ∩ (B ∩ C)= (A ∩ B) ∩ C
集合的差运算和余(补)运算
• 集合的差运算：由集合A中不在集合B中的元 素所组成的集合叫做集合A与集合B的差，记 作A-B, 也就是 A-B={x∈A | x∉B} • 设全集为U，集合A⊂U, U-A叫做A关于U的补 集，当U是公认的时候，简称为A的补集，记 为A
集合的计算机表示
• 无序存储。
– 缺点：做集合的并集、交集和差集等运算会 浪费时间，因为这些运算需要大量元素检索
集合的计算机表示
• 利用全集元素的一个任意排序存放元素 以表示集合。
– 假定全集U是有限的，首先为U的元素任意 规定一个顺序，例如a1,a2,…,an。于是可以用 长度为n的位串表示U的子集A：如果ai属于 A，则位串中第i位是1；如果ai不属于A，则 位串中第i位是0。
笛卡尔积
• 定义9 集合A1, A2,…,An的笛卡儿积用 A1×A2×…×An表示，这是有序n元组 (a1,a2,…,an)的集合，其中对于i=1,2,…,n， ai∈Ai。 • 什么是笛卡儿积A×B×C，其中 A={0,1},B={1,2},C={0,1,2}?
笛卡尔积
• 什么是笛卡儿积A×B×C，其中 A={0,1},B={1,2},C={0,1,2}? • 解： A×B×C={(0,1,0),(01,1),(0,1,2),(0,2,0),(0, 2,1),(0,2,2),(1,1,0),(1,1,1),(1,1,2),(1,2,0),(1, 2,1),(1,2,2)}