Свойство, позволяющее удалять круглые скобки в последовательности операций
В математике, ассоциативное свойство - это свойство некоторых двоичных операций, что означает, что изменение порядка скобок в выражении не изменит результат. В логике высказываний, ассоциативность - это действительное правило замены для выражений в логических доказательствах.
В выражении, содержащем два или более вхождения в строке одного и того же ассоциативного оператора, порядок, в котором выполняются операции , не имеет значения, если последовательность операндов не изменено. То есть (после переписывания выражения с круглыми скобками и при необходимости в инфиксной нотации) перестановка скобок в таком выражении не изменит его значения. Рассмотрим следующие уравнения:
Даже если скобки были переставлены в каждую строку, значения выражений не изменены. Поскольку это справедливо при выполнении сложения и умножения любых действительных чисел, можно сказать, что «сложение и умножение действительных чисел являются ассоциативными операциями».
Ассоциативность - это не то же самое, что коммутативность, которая определяет, изменяет ли результат порядок двух операндов . Например, порядок не имеет значения при умножении действительных чисел, то есть a × b = b × a, поэтому мы говорим, что умножение действительных чисел - это коммутативная операция.
Ассоциативные операции широко используются в математике; фактически, многие алгебраические структуры (такие как полугруппы и категории ) явно требуют, чтобы их двоичные операции были ассоциативными.
Однако многие важные и интересные операции неассоциативны; некоторые примеры включают вычитание, возведение в степень и векторное векторное произведение. В отличие от теоретических свойств действительных чисел, добавление чисел с плавающей запятой в информатике не является ассоциативным, и выбор способа связывания выражения может существенно повлиять на ошибку округления.
Содержание
- 1 Определение
- 2 Обобщенный ассоциативный закон
- 3 Примеры
- 4 Логика высказываний
- 4.1 Правило замены
- 4.2 Истинные функциональные связки
- 5 Неассоциативная операция
- 5.1 Неассоциативность вычисления с плавающей запятой
- 5.2 Обозначение для неассоциативных операций
- 6 См. Также
- 7 Ссылки
Определение
Двоичная операция ∗ на множестве S ассоциативна, когда
эта диаграмма коммутирует. То есть, когда два пути от S × S × S к S
составляют в одну и ту же функцию от S × S × S до S.
Формально, бинарная операция ∗ на множестве S называется ассоциативным, если оно удовлетворяет закону ассоциации :
- (x ∗ y) ∗ z = x ∗ (y ∗ z) для всех x, y, z в S.
Здесь ∗ используется для замены символа операции, который может быть любым символом и даже отсутствием символа (сопоставление ), как для умножения.
- (xy) z = x (yz) = xyz для всех x, y, z в S.
Ассоциативный закон также может быть выражен в функциональной записи следующим образом: f (f (x, y), z) = f (x, f (y, z)).
Обобщенный ассоциативный закон
При отсутствии ассоциативного свойства пять факторов a, b, c, d, e приводят к
решетке Тамари четвертого порядка, возможно, с разными продуктами.
Если двоичная операция является ассоциативной, повторное применение операции дает тот же результат независимо от того, как допустимые пары скобок вставлены в выражение. Это называется обобщенным законом ассоциации . Например, произведение четырех элементов может быть записано без изменения порядка факторов пятью возможными способами:
Если операция произведения ассоциативна, обобщенный закон ассоциативности гласит, что все эти формулы будут давать тот же результат. Таким образом, если формула с опущенными круглыми скобками уже имеет другое значение (см. Ниже), скобки можно считать ненужными, а «продукт» можно однозначно записать как
По мере увеличения количества элементов количество возможных способов вставки скобок быстро растет, но они остаются ненужными для устранения неоднозначности.
Примером, где это не работает, является логическая двусмысленность . Он ассоциативен, поэтому A (BC) эквивалентно (A B)C, но A BC чаще всего означает ( A B и B C), что не эквивалентно.
Примеры
В ассоциативных операциях это
.
Добавление действительных чисел является ассоциативным.
Некоторые примеры ассоциативных операций включают следующее:
- объединение трех строк
«привет»
, ""
, "world"
можно вычислить, объединив первые две строки (передав "hello"
) и добавив третью строку ("world"
), либо присоединив ко второму nd третью строку (дающую "world"
) и объединяющую первую строку ("hello"
) с результатом. Оба метода дают одинаковый результат; конкатенация строк является ассоциативной (но не коммутативной). - В арифметике, сложение и умножение действительных чисел ассоциативный; то есть
- Из-за ассоциативности группирующие скобки можно опустить без двусмысленности.
- Тривиальная операция x ∗ y = x (то есть результат - первый аргумент, независимо от того, какой второй аргумент) ассоциативный, но не коммутативный. Точно так же тривиальная операция x ∘ y = y (то есть результат - второй аргумент, независимо от того, какой является первый аргумент) ассоциативна, но не коммутативна.
- Сложение и умножение комплексных чисел и кватернионы ассоциативны. Сложение октонионов также ассоциативно, но умножение октонионов неассоциативно.
- Действуют функции наибольший общий делитель и наименьшее общее кратное ассоциативно.
- Если M - некоторое множество и S обозначает множество всех функций от M до M, то операция композиции функций на S ассоциативна:
- В более общем плане, учитывая четыре набора M, N, P и Q, где h: M до N, g: N до P и f: P до Q, тогда
- , как и раньше. Короче говоря, композиция карт всегда ассоциативна.
- Рассмотрим набор из трех элементов: A, B и C. Следующая операция:
- ассоциативна. Таким образом, например, A (BC) = (AB) C = A. Эта операция не является коммутативной.
- Поскольку матрицы представляют линейные функции, а матричное умножение представляет композицию функций, можно сразу сделать вывод, что матричное умножение ассоциативно.
Логика высказываний
Правило замены
В стандартной логике высказываний с функциональной истинностью ассоциация или ассоциативность являются два действительных правила замены. Правила позволяют перемещать круглые скобки в логических выражениях в логических доказательствах. Правила (с использованием обозначения логических связок ):
и
где "" - это металогическое символ, представляющий «может быть заменен в пробе на.»
Функциональные связки истинности
Ассоциативность - это свойство некоторых логических связок функциональных связок истинности логики высказываний. Следующие логические эквиваленты демонстрируют, что ассоциативность является свойством определенных связок. Ниже приведены функциональные истинности тавтологии.
Ассоциативность дизъюнкции :
Ассоциативность конъюнкции :
Ассоциативность эквивалентности :
Совместное отрицание - пример функциональной связки истинности, которая не является ассоциативной.
Неассоциативная операция
Бинарная операция на множестве S, которая не удовлетворяет ассоциативному закону, называется неассоциативный . Символически
Для такой операции порядок оценки имеет значение. Например:
Также обратите внимание что бесконечные суммы обычно не ассоциативны, например:
, тогда как
Изучение неассоциативных структур возникает по причинам, несколько отличным от основного направления классической алгебры. Одна область в неассоциативной алгебре, которая стала очень большой, - это область алгебр Ли. Там ассоциативный закон заменяется тождеством Якоби . Алгебры Ли абстрагируют сущность бесконечно малых преобразований и стали повсеместными в математике.
Существуют и другие специфические типы неассоциативных структур, которые были глубоко изучены; они, как правило, исходят из некоторых конкретных приложений или областей, таких как комбинаторная математика. Другими примерами являются квазигруппа, квазиполе, неассоциативное кольцо, неассоциативная алгебра и коммутативные неассоциативные магмы.
Неассоциативность вычисления с плавающей запятой
В математике сложение и умножение действительных чисел ассоциативно. Напротив, в информатике сложение и умножение чисел с плавающей запятой не ассоциативно, поскольку при объединении значений разного размера возникают ошибки округления.
Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим представление с плавающей запятой с 4-битной мантиссой :. (1.000 2 × 2 + 1.000 2 × 2) + 1.000 2 × 2 = 1.000 2 × 2 + 1.000 2 × 2 = 1.001 2×2. 1.000 2 × 2 + (1.000 2 × 2 + 1.000 2 × 2) = 1.000 2 × 2 + 1.000 2 × 2 = 1.000 2×2
Даже несмотря на то, что большинство компьютеров вычисляют с 24 или 53 бита мантиссы, это важный источник ошибки округления, и такие подходы, как алгоритм суммирования Кахана, позволяют минимизировать ошибки. Это может быть особенно проблематично при параллельных вычислениях.
Обозначение для неассоциативных операций
В общем, круглые скобки должны использоваться для обозначения порядка оценки, если не- ассоциативная операция встречается в выражении более одного раза (если в нотации порядок не указан другим способом, например ). Однако математики согласны с определенным порядком вычисления для нескольких общих неассоциативных операций. Это просто условное обозначение, позволяющее избегать скобок.
A левоассоциативная операция - это неассоциативная операция, которая обычно вычисляется слева направо, т. Е.
в то время как правоассоциативный операция условно вычисляется справа налево:
Имеются как левоассоциативные, так и правоассоциативные операции. К левоассоциативным операциям относятся следующие:
- Вычитание и деление действительных чисел:
- Это обозначение может быть мотивировано изоморфизмом каррирования.
Правоассоциативные операции включают следующее:
- Возведение в степень действительных чисел в надстрочной записи:
- Возведение в степень обычно используется со скобками или правоассоциативно, потому что повторная операция левоассоциативного возведения в степень малоэффективна. Повторяющиеся степени чаще всего переписываются с умножением:
- Отформатировано правильно, надстрочный индекс по своей природе представляет собой набор круглых скобок; например в выражении сложение выполняется перед возведением в степень, несмотря на отсутствие явных скобок обернут вокруг него. Таким образом, с учетом такого выражения, как , полный показатель базы оценивается первым. Однако в некоторых контекстах, особенно в почерке, разница между , и может быть трудно увидеть. В таком случае обычно подразумевается право-ассоциативность.
- Использование правоассоциативных обозначений для этих операций может быть мотивировано соответствием Карри – Ховарда и каррирование изоморфизм.
Неассоциативные операции, для которых не определен обычный порядок оценки, включают следующее.
- Возведение в степень действительных чисел в инфиксной записи:
- Взяв попарное среднее действительных чисел:
- Взяв относительное дополнение наборов отличается от . (Сравните материальное непроявление в логике.)
См. Также
| Найдите ассоциативное свойство в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Ассоциативность света test
- Телескопическая серия, использование ассоциативности сложения для исключения термов в бесконечной серии
- A полугруппа - это набор с ассоциативной бинарной операцией.
- Коммутативность и распределимость - два других часто обсуждаемых свойства бинарных операций.
- степенная ассоциативность, альтернативность, гибкость и N-арная ассоциативность являются слабыми формами ассоциативности.
- Тождества Муфанг также обеспечивают слабую форму ассоциативности.
Ссылки