离散数学-04-关系的性质

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4.3.2 关系的闭包
定理4.7的证明
证 (1) r(R)=R∪R0 只需证明R∪R0 满足闭包定义. ① 由IAR∪R0可知 R∪R0 在 A上是自反的. ② RR∪R0 ③ 下面证明R∪R0是包含R 的最小的自反关系. 假设R是包含R 的自反关系，那么 IAR, RR, 因此有 R∪R0=IA∪R R 得证
(1)
(2)
(3)
(1) 自反，反对称.
(2) 反自反， 对称.
(3) 反对称，传递.
பைடு நூலகம்21
4.3.1 关系性质的定义和判别
实例
例9 判断下图中关系的性质, 并说明理由
(1)
(2)
(3)
(1) 自反 ？ (2) 自反 ？
反自反 ？ 对称 ？ 反自反 ？ 对称 ？
反对称 ？ 传递 反对称 ？ 传递
？ ？
传递性（续）
注： (1) A上的关系R具有传递性的充要条件是 R ◦ R R . 因此，可利用R的关系矩阵MR来判断关系的传递性，即 计算MR2后，检查MR2中1的位置在MR中是否也是1，是
则为传递关系，反之则不是传递关系.
(2) 利用关系图来判断传递性. 在A上的关系R的关系图中， 若xi有经xk到xj的有向边，则有xi到xj的有向边（注意：
R4 对称
？
反对称
？
8
4.3.1 关系性质的定义和判别
对称性与反对称性（续）
对任何集合A， 最大的对称关系是 EA ，最小的对称关系是 最小的反对称关系是 ；

； R∩R-1 IA .
A上的任何对称关系R都满足 R=R-1 ，
A上的任何反对称关系都满足
(这里的最大最小是指关系集合的元素个数的多少)
4.3.1 关系性质的定义和判别
对称性与反对称性
定义4.15 设R为A上的关系, (1) 若xy(x,y∈A∧<x,y>∈R→<y,x>∈R), 则称R为A上 对称的关系. (2) 若xy(x,y∈A∧<x,y>∈R∧<y,x>∈R→x=y), 则称R 为A上的反对称关系.
实例 下面哪些关系是对称的，哪些是反对称的？ A上的全域关系EA： 对称 , 恒等关系IA： 对称 反对称 ， A上的空关系： 对称 反对称 。
自反性 反自反性 对称性 反对称性 传递性
R11
R1∩R2 R1∪R2 R1R2
√
√ √ ×
√
√ √ √
√
√ √ √
√
√ × √
√
√ × ×
R1∘R2
√
×
×
×
×
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4.3.2 关系的闭包
闭包定义
定义4.17 设R是非空集合A上的关系, R 的自反 (对称或传
递) 闭包 是A上的关系R, 使得 R满足以下条件：
5
自反,
R3
反自反
4.3.1 关系性质的定义和判别
自反性与反自反性（续）
注： (1) 从关系矩阵的特点来看： 关系矩阵的对角线全为1为 自反关系 ， 关系矩阵的对角线全为0为 反自反关系 ， 关系矩阵的对角线上既有1也有0为 既不自反也不反自反关系 . (2) 从关系图的特点来看： 自反关系的关系图中每个结点 都有过自身的环 ， 反自反关系的关系图中每个结点 都没有过自身的环 ， 若有的结点有环有的结点无环，那么这个关系 既不自反也不反自反 . 6
(3) 自反 ？
反自反 ？ 对称 ？
反对称 ？ 传递
？ 22
4.3.1 关系性质的定义和判别
实例
例10 A={a, b, c}, 构造A上的关系R，满足自反、对称、不 传递。
解：构造
R a b c a 1 1 b 1 1 1 1 1 c
(1) 自反、对称、传递 (2) 自反、对称、传递 (3) 自反、对称、不传递 (∵ <c, a> R)
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4.3.1 关系性质的定义和判别
传递性证明
证明模式 证明 R 在 A上传递 任取<x, y>，<y, z> <x, y>R<y, z>R …..………. <x, z>R 前提 推理过程 结论
例7 证明若 R∘RR , 则 R 在 A 上传递. 证 任取<x, y>，<y, z> <x, y>R <y, z>R <x, z>R∘R <x, z>R 因此 R 在 A 上是传递的.
自反性与反自反性
定义4.14 设R为A上的关系, (1) 若x(x∈A→<x, x>R), 则称R在A上是自反的. (2) 若x(x∈A→<x, x>R), 则称R在A上是反自反的. 下列关系哪些是自反的，哪些是反自反的？ 自反 A上的全域关系EA ： , 恒等关系IA： , 自反 自反 小于等于关系LA ： , 自反 整除关系DA： ， 实数集上的小于关系： 反自反 ， 幂集上的真包含关系： 反自反 .
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4.3.1 关系性质的定义和判别
对称性证明
证明模式 证明 R 在 A 上对称 任取<x, y> <x, y>R …… ………..…. ……. <y, x>R 前提 推理过程 结论 例5 证明若 R=R1 , 则 R 在A上对称. 证 任取<x, y> <x, y>R <y, x>R 1 <y, x>R 因此 R 在 A 上是对称的.
(4) R 在 A 上反对称当且仅当 R∩R1IA
(5) R 在 A 上传递当且仅当 R∘RR
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4.3.1 关系性质的定义和判别
自反性证明
证明模式 证明 R 在 A 上自反 任取 x, xA ……… ………..…. ……. <x, x>R 前提 推理过程 结论 例4 证明若 IA R ，则 R 在 A 上自反. 任取x, 证 xA <x, x> IA <x, x>R 因此 R 在 A 上是自反的.
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4.3.1 关系性质的定义和判别
反对称性证明
证明模式 证明 R 在 A 上反对称 任取<x, y> <x, y>R<y, x>R ………..………. x=y 前提 推理过程 结论 例6 证明若 R∩R1IA , 则 R 在 A 上反对称. 证 任取<x, y> <x, y>R <y, x>R <x, y>R <x, y>R 1 <x, y>R∩R 1 <x, y>IA x=y 因此 R 在 A 上是反对称的.
3
4.3.1 关系性质的定义和判别
自反性与反自反性（续）
对任何集合A， 最大的自反关系是 EA ，最小的自反关系是 IA 最大的反自反关系是 EA-IA 最小的反自反关系是 ， . ；
(这里的最大最小是指关系集合的元素个数的多少)
4
4.3.1 关系性质的定义和判别
自反性与反自反性（续）
例1 A = {a, b, c}, R1, R2, R3 是 A上的关系, 其中 R1 = {<a,a>,<b,b>} R2 = {<a,a>,<b,b>,<c,c>,<a,b>} R3 = {<a,c>} 其中： R2 R1自反 ？ R1反自反 ？
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4.3.1 关系性质的定义和判别
传递性
定义4.16 设R为A上的关系, 若 xyz(x,y,z∈A∧<x,y>∈R∧<y,z>∈R→<x,z>∈R), 则称R是A上的传递关系. 举出几个A上的传递关系的例子？ A上的全域关系 EA 恒等关系 IA 空关系 , 小于等于关系, 小于关系, 整除关系, 包含关系, 真包含关系
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4.3.1 关系性质的定义和判别
对称性与反对称性（续）
注： (2) 从关系图的特点来看： 对称关系的关系图中每对结点之间如果有边，一定是 有一对方向相反的边 ， 在反对称关系的关系图中，每对结点之间如果有边，一 定是 一条单方向的边 ， 在一个关系图中既有单方向的边，也有双方向的边，那 么这个关系 既不是对称的也不是反对称的 . 在一个关系图中，任意两结点之间都没有边，那么这个 关系 既是对称的也是反对称的 .
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4.3.1 关系性质的定义和判别
传递性（续）
例3 设A＝{a, b, c}, R1, R2, R3是A上的关系, 其中 R1＝{<a,a>,<b,b>} R2＝{<a,b>,<b,c>} R3＝{<a,c>}
R1 和 R3 是A上的传递关系, R2 不是A上的传递关系.
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4.3.1 关系性质的定义和判别
如果i = j，那么这条边就变成一个xj的环），那么关系 R
具有传递性.
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4.3.1 关系性质的定义和判别
关系性质的充要条件
设 R 为 A 上的关系, 则
(1) R 在 A 上自反当且仅当 IA R
(2) R 在 A 上反自反当且仅当 R∩IA= (3) R 在 A 上对称当且仅当 R=R1
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4.3.1 关系性质的定义和判别
关系性质判别
自反性 表达 式 关系 矩阵 关系 图 IAR 反自反 性 对称性 反对称性 传递性
R∩IA=
R=R1
矩阵是对称 矩阵 如果两个顶 点之间有边, 一定是一对 方向相反的 边(无单边)
R∩R1 IA
若rij＝1, 且 i≠j, 则rji＝0 如果两点之 间有边, 一定 是一条有向 边(无双向边)
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4.3.1 关系性质的定义和判别
实例
例11 A={a, b, c}, 构造A上的关系R，满足不自反、对称、 传递。
解：构造
R a b c a 1 1 b 1 1 c
(1) 不自反、对称、不传递 (2) 不自反、对称、不传递 (3) 不自反、对称、传递
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4.3.1 关系性质的定义和判别
运算与性质的关系
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4.3.1 关系性质的定义和判别
对称性与反对称性（续）
注： (1) 从关系矩阵的特点来看： 对称关系R的关系矩阵也是 对称的 ， 反对称关系R的关系矩阵中，除对角元素外，处于对称 位置的两元素 不能同时为1 ，即当 i≠j 时，rijrji = 0 ， 若一个关系只在主对角线上的位置有1，其它元素为 0， 那么该关系 既是对称的也是反对称的 .
离散数学（第3版） 屈婉玲 耿素云 张立昂 编著 清华大学出版社出版
4.3 关系的性质
上海大学 谢 江
1
4.3 关系的性质
• 4.3.1关系性质的定义和判别
– 自反性与反自反性 – 对称性与反对称性 – 传递性
• 4.3.2 关系的闭包
– 闭包定义 – 闭包计算 – Warshall算法
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4.3.1 关系性质的定义和判别
R∘RR 对MR2中1所在 位置, MR中相 位置都是1
如果顶点xi到 xj有边, xj到xk 有边,则从xi到 xk也有边
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主对角 主对角 线元素 线元素 全是1 全是0
每个顶 点都有 环
每个顶 点都没 有环
注意：IA是对称关系也是反对称关系
4.3.1 关系性质的定义和判别
实例
例8 判断下图中关系的性质, 并说明理由
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4.3.2 关系的闭包
闭包的构造方法
集合表示、矩阵、图 1. 集合表示 定理4.7 设R为A上的关系, 则有 (1) r(R)=R∪R0 (2) s(R)=R∪R1 (3) t(R)=R∪R2∪R3∪… 说明： 对于有穷集合A (|A|=n) 上的关系, (3)中的并运算最多不 超过Rn.（因为对于n个点的关系图，传递关系最多含n个点）
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4.3.2 关系的闭包
定理4.7的证明（续）
证 (2) s(R)=R∪R-1 只需证明R∪R-1满足对称闭包定义. ① 由(R∪R-1) -1= R-1∪( R -1) -1 = R-1∪ R 可知 R∪R-1 在 A上是对称的. ② RR∪R-1 ③ 下面证明R∪R-1是包含R 的最小的对称关系. 假设R是A上任一包含R 的对称关系，那么 RR, R-1 R-1= R
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4.3.1 关系性质的定义和判别
对称性与反对称性（续）
例2 设A＝{a,b,c}, R1, R2, R3和R4都是A上的关系, 其中 R1＝{<a,a>,<b,b>}， R2＝{<a,a>,<a,b>,<b,a>} R3＝{<a,b>,<a,c>}， R4＝{<a,b>,<b,a>,<a,c>} R1 对称 R2 对称 R3 对称 ？ ？ ？ 反对称 反对称 反对称 ？ ？ ？
(1) R是自反的（对称的或传递的） (2) R R
(3) 对A上任何包含R 的自反（对称或传递）关系R 有
RR. 一般将 R 的自反闭包记作 r(R), 对称闭包记作 s(R), 传递
闭包记作 t(R).
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4.3.2 关系的闭包
闭包定义（续）
说明： (1) 若R 是自反的，则 r(R)=R; (2) 若 R 是对称的，则 s(R)=R; (3) 若R 是传递的，则 t(R)=R; (4) 没有反自反闭包和反对称闭包。