2014 년 봄학기 강원대학교 컴퓨터과학전공 문양세

1. 이산수학(Discrete Mathematics) 관계와 그 특성 (Relations and Its Properties) 2014년 봄학기 강원대학교 컴퓨터과학전공 문양세

2. Binary Relations (이진 관계) Relations & Its Properties • Let A, B be any two sets. • A binary relationR from A to B, written R:A↔B, is a subset of A×B. (A에서 B로의 이진 관계 R은 R:A↔B로 표기하며 A×B의 부분집합이다.) • E.g., let < : N↔N :≡ {(n,m)| n < m} • The notation a Rb or aRb means (a,b)R. • E.g., a <b means (a,b) < • If aRb, we may say “a is related to b (by relation R).” (aRb이면, “a는 (관계 R에 의해서) b에 관계된다”고 말한다.)

3. Complementary Relations (보수 관계) Relations & Its Properties Let R:A↔B be any binary relation. Then, R:A↔B, the complement of R, is the binary relation defined byR :≡ {(a,b) | (a,b)R} = (A×B) − R Note the complement of R is R. Example: < = {(a,b) | (a,b)<} = {(a,b) | ¬(a<b)} = ≥

4. Complementary Relation Example Relations & Its Properties • 예제:A = {0, 1, 2}, B = {a, b}라 하면, {(0,a), (0,b), (1,a), (2,b)}는 A에서 B로의 관계 R로 표현할 수 있다. 이 때, • (0,a)R이므로, 0Ra라 할 수 있다. • 그러나, (1,b)R이므로, 1Rb라 할 수 있다.

5. Inverse Relations (역 관계) Relations & Its Properties Any binary relation R:A↔B has an inverse relation R−1:B↔A, defined byR−1 :≡ {(b,a) | (a,b)R}. E.g., if R:People↔Foods is defined by aRb  aeatsb, then: bR−1a  bis eaten bya. (Passive voice.) (R−1 will be “is eaten by.”)

6. Relations on a Set Relations & Its Properties A (binary) relation from a set A to itself is called a relation on the set A. (집합 A에서 A로의 관계를 집합 A상의 관계라 한다.) E.g., the “<” relation from earlier was defined as a relation on the set N of natural numbers.(“<”은 정수 집합 N에 대한 관계이다.) The identity relation IA on a set A is the set {(a,a)|aA}.(집합 A에 대한 항등 관계 IA는 집합 {(a,a)|aA}를 의미한다.)

7. Examples of Relations on a Set (1/2) Relations & Its Properties • 예제:A = {1, 2, 3, 4}라 할 때, 관계 R = {(a,b)| a divides b}에 속하는 순서쌍은? • A x A의 원소인 (a,b)에 있어서 b를 a로 나눌 수 있는 순서쌍을 구한다. • 즉, R = {(1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (2,2), (2,4), (3,3), (4,4)}이다.

8. Examples of Relations on a Set (2/2) Relations & Its Properties • 예제:n개의 원소를 갖는 집합에는 몇 개의 관계가 있는가? • 정의에 의해, 집합 A에 대한 관계는 A x A의 부분집합이다. • A x A의 원소 개수는 n2이다. • 또한, m개의 원소를 가지는 집합의 부분집합 개수는 2m개 이다. • 그러므로, A x A의 부분집합 개수는 이 된다. • 결국, n개 원소를 갖는 집합에 대한 가능한 관계의 수는 이다.

9. Reflexivity (반사성) Relations & Its Properties • A relation R on A is reflexive if aA,aRa. • E.g., the relation ≥ :≡ {(a,b) | a≥b} is reflexive. • 즉, (a,a)를 원소로 가지면 반사적(reflexive)이라고 이야기한다. • A relation is irreflexiveiff its complementary relation is reflexive. (역관계가 반사이면, 해당 관계는 비반사이다) • Example: < is irreflexive.

10. Reflexivity Example Relations & Its Properties • 예제:양의 정수 집합에 대해 “나누다” 관계는 반사적인가? • 임의의 양의 정수 a에 대해 a|a가 성립한다. • 즉, 양의 정수 a는 자기 자신 a로 나누어 떨어진다. • 따라서, “나누다”는 양의 정수 집합에 대해 반사적이다.

11. Symmetry & Antisymmetry (대칭성) Relations & Its Properties • A binary relation R on A is symmetric iffR = R−1, that is, if (a,b)R ↔ (b,a)R. • E.g., = (equality) is symmetric. < is not. • “is married to” is symmetric, but “likes” is not. • 즉, (a,b)가 R의 원소일 때, 반드시 (b,a)도 원소이면 대칭적이라 한다. • A binary relation R is antisymmetric if (a,b)R → (b,a)R. • < is antisymmetric, “likes” is also antisymmetric.

12. Symmetry & Antisymmetry Example Relations & Its Properties • 예제:양의 정수 집합에 대한 “나누다” 관계는 대칭인가? 반대칭인가? • 반례(counterexample)를 들어 반대칭임을 보인다. • 즉, 1|2 이지만 2|1이므로, 반대칭이다.

13. Transitivity (전이성) Relations & Its Properties A relation R is transitive iff (for all a,b,c) (a,b)R  (b,c)R→ (a,c)R. A relation is intransitive if it is not transitive. Examples: “is an ancestor of” is transitive. “likes” is intransitive.

14. Transitivity Example Relations & Its Properties • 예제:양의 정수 집합에 대한 “나누다” 관계가 전이적인가? • 양의 정수 a, b, c에 대해서, a가 b를 나누고, b가 c를 나눈다고 하자. • 즉, a|b, b|c가 성립한다고 가정하자. • 그러면, b = ak, c = bl인 양의 정수 k와 l이 있다. • 따라서, c = a(kl)이 성립하므로, a는 c를 나눌 수 있다. • 즉, a|c가 성립하므로, “나누다”는 전이적이다.

15. Composite Relations (관계 합성/결합) Relations & Its Properties Let R:A↔B, and S:B↔C. Then the compositeSR of R and S is defined as: SR = {(a,c) | b:aRb bSc}((a,b)R이고 (b,c)S이면, SR은 (a,c)을 원소로 하는 관계이다.) Note function composition fg is an example. The nth power Rn of a relation R on a set A(A에 대한 관계 R의 n제곱) can be defined recursively by:R0 :≡ IA ; Rn+1 :≡ RnR for all n≥0.

16. Examples of Composite Relations (1/2) Relations & Its Properties • 예제:{1, 2, 3}에서 {1, 2, 3, 4}로의 관계 R = {(1,1), (1,4), (2,3), (3,1), (3,4)}과, {1, 2, 3, 4}에서 {0, 1, 2}로의 관계 S = {(1,0), (2,0), (3,1), (3,2), (4,1)}가 있을 때, R과 S의 합성 SR은? • SR의 구성을 위해서는, R에 속한 순서쌍의 두 번째 원소와 S에 속한 순서쌍의 첫 번째 원소가 같은 것을 찾으면 된다. • 예를 들어, R의 (2,3)과 S의 (3,1)을 바탕으로 SR의 순서쌍 (2,1)을 만든다. • 결국, SR = {(1,0), (1,1), (2,1), (2,2), (3,0), (3,1)}이 된다.

17. Examples of Composite Relations (2/2) Relations & Its Properties • 예제:R = {(1,1), (2,1), (3,2), (4,3)}이라 하자. n = 2, 3, 4, … 일 때, 거듭 제곱 Rn을 구하라. • R2 = RR = {(1,1), (2,1), (3,1), (4,2)} • R3 = R2R = {(1,1), (2,1), (3,1), (4,1)} • R4 = R3R = {(1,1), (2,1), (3,1), (4,1)} • … • Rn = Rn-1R = {(1,1), (2,1), (3,1), (4,1)} You can get Rn using “induction.”