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在现实生活中,由于事物变化的随机性和复杂性,以及人类知识的不完全、不可靠、不精确和不一致性,人类对客观事物的认识都会有不确定性.为解决这些不确定性问题,文献[1]首先开创了Fuzzy集理论,但这一理论存在一定缺陷,它限制隶属函数值为唯一的单值,为解决这一缺陷,文献[2]提出了Vague集理论,它是Fuzzy集理论的推广,通过引入一对真、假隶属度函数,可以同时显示出决策者进行一项决策时所掌握的支持度、反对度和未知度等相关信息.但是Fuzzy集和Vague集理论存在共同的缺陷:它们都只能处理一部分模糊信息.文献[3]通过引入软集理论弥补了这一缺陷,该理论引入了参数化思想,克服了Vague集只能处理部分不确定性信息的不足.文献[4]将Vague集和软集相结合,首次提出了Vague软集的概念,Vague软集目前已经成为一种新的研究方向.关于Vague软集的代数结构的相关研究也有很多[5-8],这些代数结构不但为代数研究提供新思路,同时为Vague软集的深入研究提供了理论基础,为解决工程学、医疗科学、经济学等复杂的不确定问题的研究提供了有力的数学工具.半群代数理论是在群论、环论之后发展起来的代数理论分支,它的研究方法与研究内容与群论、环论有很大差别[9],这一理论在组合数学、数据挖掘及算子理论等方面都有很好的应用,得到国内外众多学者的关注[10-11].逆半群作为半群理论的重要组成部分,研究内容比较丰富,Clifford半群就是一种特殊的逆半群,它是一种完全正则半群[9],由于其特殊性,它有一些重要的性质,如:Clifford半群是由群构成的半格,其幂等元与半群中的任意元素可交换等. Clifford半群是逆半群的重要类别,关于它的相关研究有很多[12-16],因此十分重要.
本文试图将Vague软集和Clifford半群联系在一起,提出新概念Vague软Clifford半群,这样做不仅可以把二者的研究方法及理论应用到对方的研究中去,还能为二者的研究提供新思路,并为以后的深入研究奠定基础.
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定义 1[2] 设U是点(对象)空间,其中任意元素用x表示,U上的Vague集用真隶属度函数tA(x)和假隶属度函数fA(x)表示,tA(x)是从支持x的证据导出的x的肯定隶属度下界,fA(x)是从反对x的证据所导出的x的否定隶属度下界,tA(x):U→[0, 1],fA(x):U→[0, 1],其中tA(x)+fA(x)≤1.称[tA(x),1-fA(x)]为x在A中的Vague值,记为A(x),论域U上Vague集的全体用V(U)表示.
定义 2[3] 设U是论域,P(U)是U的幂集,E是参数集,A⊆E,且F:A→P(U)是一个映射,称F(A)为U上的软集.
定义 3[4] 设U是论域,E是参数集,A⊆E,且F:A→V(U)是一个映射,即∀e∈A,F(e)是U上的一个Vague集,称F(A)为U上的一个Vague软集.
定义 4[9] 设S为非空集合且具有二元运算(·),若二元运算满足结合律,即∀a,b,c∈S,(ab)c=a(bc),那么称S为半群.若半群S还具有一元运算“-1”,且满足:
1) (a-1)-1=a;
2) aa-1a=a;
3) aa-1=a-1a;
4) (aa-1)(bb-1)=(bb-1)(aa-1).
称S为Clifford半群.
定义 5[9] 令S是半群,如果关于∀a∈S,存在a-1∈S,使得a=aa-1a,(a-1)-1=a,aa-1=a-1a,则称半群S是完全正则半群.
定义 6[9] 完全单半群是满足以下条件的完全正则半群S:
定义 7 在偏序集(L,≤)中,如果任意两元x,y都有上确界x∨y和下确界x∧y,则称偏序集(L,≤)(或简称L)为一个格.格实质上就是带有两种二元运算(∧,∨)且满足幂等律、交换律、结合律及吸收律(L1-L4)的一个代数系统:对∀x,y,z∈L,有:
幂等律:x∧x=x,x∨x=x.
交换律:x∧y=y∧x,x∨y=y∨x.
结合律:x∧(y∧z)=(x∧y)∧z,x∨(y∨z)=(x∨y)∨z.
吸收律:x∧(x∨y)=x=x∨(x∧y).
定义 8 称带有一个二元运算且满足幂等律、交换律及结合律的代数系统为一个半格.
定义 9[7] 令F(A)和G(B)分别是论域U和V上的两个Vague软集,令f:U→V和g:A→B是两个函数,那么(f,g)被称为从U到V的Vague软函数,也就是说,(f,g)是从U上的Vague软集F(A)到V上的Vague软集G(B)的Vague软函数.
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首先给出Vague软Clifford半群及Vague软Clifford子半群的定义.
定义 10 令S是Clifford半群,且
$\widetilde F$ (A)是S上的Vague软集,如果对于∀a∈A,∀x,y∈S,以下条件成立:那么
$\widetilde F$ (A)是S上的Vague软Clifford半群.注 1 min{
$\widetilde F$ a(x),$\widetilde F$ a(y)}是取$\widetilde F$ a(x)和$\widetilde F$ a(y)中区间较小者,如果区间相同,则取左端点值较小者,例如:若$\widetilde F$ a(x)=[0,0.2],$\widetilde F$ a(y)=[0.1,0.5],则min{$\widetilde F$ a(x),$\widetilde F$ a(y)}=$\widetilde F$ a(x);若$\widetilde F$ a(x)=[0,0.2],$\widetilde F$ a(y)=[0.1,0.3],则min{$\widetilde F$ a(x),$\widetilde F$ a(y)}=$\widetilde F$ a(x).注 2
${\widetilde F_a}$ (x-1)≥${\widetilde F_a}$ (x)也可以写成${\widetilde F_a}$ (x-1)=${\widetilde F_a}$ (x),理由如下:因为
从而得到
${\widetilde F_a}$ (x-1)=${\widetilde F_a}$ (x).接下来给出的例子有助于更好地理解定义10.
例 1 令集合S={m,n,k},(S,·,-1)为Clifford半群,
$\widetilde F$ (A)是S上的Vague软集,其中A={a,b},那么$\widetilde F$ (a),$\widetilde F$ (b)是S上的Vague集,定义为不难验证
$\widetilde F$ (A)是S上的Vague软Clifford半群.定义 11 令
$\widetilde F$ (A)和$\widetilde F$ (B)是Clifford半群S上的两个Vague软Clifford半群,如果以下条件成立:1) A⊆B;
2) ∀x∈A,
$\widetilde F$ (x)是$\widetilde G$ (x)的Vague子Clifford半群.则称
$\widetilde F$ (A)是$\widetilde G$ (B)的Vague软Clifford子半群,记作$\widetilde F$ (A)≤$\widetilde G$ (B).Vague软Clifford半群的等价性定义如下:
定义 12 令
$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)是Clifford半群S上的两个Vague软Clifford半群,如果满足:$\widetilde F$ (A)是$\widetilde G$ (B)的Vague软Clifford子半群,并且$\widetilde G$ (B)是$\widetilde F$ (A)的Vague软Clifford子半群,则称$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)是等价的Vague软Clifford半群,记作$\widetilde F$ (A)≅$\widetilde G$ (B).定理 1 令
$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)是Clifford半群S上的两个Vague软Clifford半群,那么,$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)的交集$\widetilde F$ (A)$\widetilde \cap $ $\widetilde G$ (B)也是S上的Vague软Clifford半群.证 令
$\widetilde F$ (A)$\widetilde \cap $ $\widetilde G$ (B)=$\widetilde H$ (C),则C=A∩B.对∀x∈S,可定义且1-
${f_{\widetilde H\left( c \right)}}$ (x)定义为情况1 若c∈A-B,对于∀x,y∈S,有:
1)
${t_{\tilde H(c)}}(x \cdot y) = {t_{\tilde F(c)}}(x \cdot y) \ge \min \left\{ {{t_{\tilde F(c)}}(x), {t_{\tilde F(c)}}(y)} \right\} = \min \left\{ {{t_{\tilde H(c)}}(x), {t_{\tilde H(c)}}(y)} \right\}$ ;2)
${t_{\widetilde H(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) = {t_{\widetilde F(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) \ge {t_{\widetilde F(c)}}(x) = {t_{\widetilde H(c)}}(x)$ ;3) 因为
${t_{\widetilde F(c)}}$ (x0)=[1, 1],则${t_{\widetilde H(c)}}$ (x0)=[1, 1];4)
$1 - {f_{\tilde H(c)}}(x \cdot y) = 1 - {f_{\widetilde F(c)}}(x \cdot y) \ge \min \left\{ {1 - {f_{\tilde F(c)}}(x), 1 - {f_{\tilde F(c)}}(y)} \right\} = \min \left\{ {1 - {f_{\widetilde H(c)}}(x), 1 - } \right.\left. {{f_{\widetilde H(c)}}(y)} \right\}$ ;5)
$1 - {f_{\tilde H(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) = 1 - {f_{\tilde F(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) \ge 1 - {f_{\tilde F(c)}}(x) = 1 - {f_{\tilde H(c)}}(x)$ ;6) 因为1-
${f_{\widetilde F(c)}}$ (x0)=[1, 1],则1-${f_{\widetilde H(c)}}$ (x0)=[1, 1].情况 2 若c∈B-A,对于∀x,y∈S显然成立,类似情况1可证.
情况 3 若c∈A∩B,对于∀x,y∈S,有:
1)
${t_{\tilde H(c)}}(x \cdot y) = \left( {{t_{\tilde F(c)}}(x \cdot y)} \right) \wedge \left( {{t_{\tilde G(c)}}(x \cdot y)} \right) \ge \left( {\min \left\{ {{t_{{{\tilde F}_{(c)}}}}(x), {t_{\tilde F(c)}}(y)} \right\}} \right) \wedge \left( {\min \left\{ {{t_{\tilde G(c)}}(x)} \right.} \right., \left. {\left. {{t_{\tilde G(c)}}(y)} \right\}} \right) = \min \left\{ {\left( {{t_{\tilde F (c)}}(x) \wedge {t_{\tilde G(c)}}(x)} \right), \left( {{t_{\hat F(c)}}(y) \wedge {t_{\tilde G(c)}}(y)} \right)} \right\} = \min \left\{ {{t_{\tilde H(c)}}(x), {t_{\tilde H(c)}}(y)} \right\}$ ;2)
${t_{\tilde H(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) = \left( {{t_{\tilde F(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right)} \right) \wedge \left( {{t_{\tilde G(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right)} \right) \ge \left( {{t_{\hat F(c)}}(x)} \right) \wedge \left( {{t_{\tilde G(c)}}(x)} \right) = {t_{\tilde H(c)}}(x)$ ;3) 因为(
${t_{\widetilde F\left( c \right)}}$ (x0))∧(${t_{\widetilde G\left( c \right)}}$ (x0))=[1, 1]∧[1, 1]=[1, 1],则${t_{\widetilde H\left( c \right)}}$ (x0)=[1, 1];4)
${1 - {f_{\tilde H(c)}}(x \cdot y) = \left( {1 - {f_{\tilde F(c)}}(x \cdot y)} \right) \wedge \left( {1 - \left( {{f_{\tilde G(c)}}(x \cdot y)} \right)} \right) \ge \left( {\min \left\{ {1 - {f_{\tilde F(c)}}(y), 1 - {f_{\tilde F(c)}}(y)} \right\}} \right) \wedge \left( {\min \left\{ {1 - {f_{\tilde G(c)}}(x), 1 - {f_{\tilde G(c)}}(y)} \right\}} \right) =\\ \min \left\{ {\left( {\left( {1 - {f_{\tilde F(c)}}(x)} \right) \wedge \left( {1 - {f_{\tilde G(c)}}(x)} \right)} \right), \left( {\left( {1 - {f_{\tilde F(c)}}(y)} \right) \wedge \left( {1 - {f_{\tilde G(c)}}(y)} \right)} \right)} \right\} =\\ \min \left\{ {1 - {f_{\tilde H(c)}}(x), 1 - {f_{\tilde H(c)}}(y)} \right\}}$ ;5)
$1 - {f_{\tilde H(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) = \left( {1 - {f_{\widetilde F(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right)} \right) \wedge \left( {1 - {f_{\widetilde G(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right)} \right) \ge \left( {1 - {f_{\widetilde G(c)}}\left( x \right)} \right) = 1 - {f_{\widetilde H\left( c \right)}}\left( x \right)$ ;6) 因为(1-
${f_{\widetilde F\left( c \right)}}$ (x0))∧(1-${f_{\widetilde G\left( c \right)}}$ (x0))=[1, 1]∧[1, 1]=[1, 1],则1-${f_{\widetilde H\left( c \right)}}$ (x0)=[1, 1].定理2 令
$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)是Clifford半群S上的两个Vague软Clifford半群,那么,$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)的并集$\widetilde F$ (A)$\widetilde \cup $ $\widetilde G$ (B)也是S上的Vague软Clifford半群.证 令
$\widetilde F$ (A)$\widetilde \cup $ $\widetilde G$ (B)=$\widetilde H$ (C),则C=A∪B对∀x∈S成立,可定义且1-
${f_{\widetilde H\left( c \right)}}$ (x)定义为情况1 若c∈A-B,对于∀x,y∈S,有:
1)
${t_{\tilde H(c)}}(x \cdot y) = {t_{\hat F(c)}}(x \cdot y) \ge \max \left\{ {{t_{\tilde F(c)}}(x), {t_{\tilde F(c)}}(y)} \right\} = \max \left\{ {{t_{\tilde H(c)}}(x), {t_{\tilde H(c)}}(y)} \right\}$ ;2)
${t_{\tilde H(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) = {t_{\tilde F(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right){t_{\tilde F(c)}}(x) = {t_{\tilde H(c)}}(x)$ ;3) 因为
${t_{\widetilde F\left( c \right)}}$ (x0)=[1, 1],则${t_{\widetilde H\left( c \right)}}$ (x0)=[1, 1];4)
$1 - {f_{\widetilde H(c)}}(x \cdot y) = 1 - {f_{\widetilde F(c)}}(x \cdot y) \ge \max \left\{ {1 - {f_{\widetilde F(c)}}(x), 1 - {f_{\widetilde F(c)}}(y)} \right\} = \max \left\{ {1 - {f_{\widetilde H(c)}}(x), 1 - } \right.\left. {{f_{\tilde H(c)}}(y)} \right\}$ ;5)
$1 - {f_{\tilde H(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) = 1 - {f_{\tilde F(c)}}\left( {{x^{ - 1}}} \right) \ge 1 - {f_{\tilde F(c)}}(x) = 1 - {f_{\tilde H(c)}}(x)$ ;6) 因为1-
${f_{\widetilde F\left( c \right)}}$ (x0)=[1, 1],则1-${f_{\widetilde H\left( c \right)}}$ (x0)=[1, 1].情况2 若c∈B-A,对于∀x,y∈S显然成立,类似情况1可证.
定理3 设S为Clifford半群,且
$\widetilde F$ (A)是S上的Vague软集,则以下条件等价:(ⅰ)
$\widetilde F$ (A)是Vague软Clifford半群;(ⅱ)
$\widetilde F$ (A)是群的半格;(ⅲ)
$\widetilde F$ (A)是群的强半格;(ⅳ)
$\widetilde F$ (A)是正则半群.其中,
$\widetilde F$ (A)是群的半格是指$\widetilde F$ (A)上有同余,$\widetilde F$ (A)/γ为半格Y,每个γ类是一个群.这就是说$\widetilde F$ (A)=$\bigcup\limits_{\alpha \in Y} {{H_\alpha }} $ ,每个Hα是一个群,HαHβ⊆Hαβ,其中αβ表示半格Y中的积,每个Hα称为$\widetilde F$ (A)的一个群分量.证 (ⅰ)⇒(ⅱ) 令
$\widetilde F$ (A)是Vague软Clifford半群,那么$\widetilde F$ (A)是完全正则半群,所以$\widetilde F$ (A)是完全单半群$\widetilde F$ (A)α的半格Y,且$\widetilde F$ (A)中每一个幂等元$\widetilde F$ (e)可用$\widetilde F$ (a)$\widetilde F$ -1(a)来表示,且在每一个幂等的完全单半群$\widetilde F$ (A)α中,幂等元都可以这样表示.每一个幂等元交换的完全单半群$\widetilde F$ (A)α是一个群,因此$\widetilde F$ (A)是群的半格.(ⅱ)⇒(ⅲ) 对于半格Y中的每一个α,令
$\widetilde F$ (e)α是$\widetilde F$ (A)α的单位元,现假定α≥β,那对于$\widetilde F$ (A)α中的每一个$\widetilde F$ (a)α,乘积$\widetilde F$ (e)β$\widetilde F$ (a)α属于$\widetilde F$ (A)αβ=$\widetilde F$ (A)β,因此可定义映射φα,β:$\widetilde F$ (A)α→$\widetilde F$ (A)β,满足$\widetilde F$ (a)αφα,β=$\widetilde F$ (e)β$\widetilde F$ (a)α,很显然φα′,α是$\widetilde F$ (A)α上的单位映射,且φα,β是一个同态,对于$\widetilde F$ (A)α中的每一个元素$\widetilde F$ (a)α,$\widetilde F$ (b)α,有现在有
$\widetilde F$ (e)β$\widetilde F$ (a)α∈$\widetilde F$ (A)β,且$\widetilde F$ (e)β是$\widetilde F$ (A)β的单位元,所以有接下来,假设α≥β≥γ,通过群同态的标准性质可发现,对于
$\widetilde F$ (A)α中的所有$\widetilde F$ (a)α,都有因此有φα,βφβ,γ=φα,γ.
最后,对半格Y中任意的α,β,完全单半群
$\widetilde F$ (A)α中的元素$\widetilde F$ (a)α和$\widetilde F$ (A)β中的元素$\widetilde F$ (b)β,乘积$\widetilde F$ (a)α$\widetilde F$ (b)β属于$\widetilde F$ (A)γ,其中γ=αβ,有因此
$\widetilde F$ (A)与群$\widetilde F$ (A)[Y;$\widetilde F$ (A)α;φα,β]的强半格同构.(ⅲ)⇒(ⅳ)和(ⅳ)⇒(ⅰ)显然成立.
接下来进一步验证Vague软Clifford半群间的同态关系,首先给出两个Vague软Clifford半群之间的同态定义.
定义 13 令
$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)分别是Clifford半群S和T上的Vague软集,且(f,g)是从S到T的一个Vague软函数.如果f是从S到T的一个Clifford半群同态,那么(f,g)被称为从S到T的Vague软同态.定理4 设
$\widetilde F$ :$\widetilde F$ (A)→$\widetilde G$ (B)为Vague软Clifford半群$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)之间的同态且是满射,则有半格同态H:${Y_{\widetilde F\left( A \right)}} \to {Y_{\widetilde G\left( B \right)}}$ ,且任取α,β∈Y,任取$\widetilde F$ (x)∈Gα,$\widetilde F$ (y)∈Gβ,有且
反之,设满射F:
$\widetilde F$ (A)→$\widetilde G$ (B)及满同态H:${Y_{\widetilde F\left( A \right)}} \to {Y_{\widetilde G\left( B \right)}}$ 使(1),(2)式成立,则F为同态.证 设
$\widetilde F$ (A)和$\widetilde G$ (B)为Vague软Clifford半群,F:$\widetilde F$ (A)→$\widetilde G$ (B)为满同态.设$\widetilde F$ (x)∈Gα,则g($\widetilde F$ (x))=α,取H:${Y_{\widetilde F\left( A \right)}} \to {Y_{\widetilde G\left( B \right)}}$ ,H(α)=α′,如果F($\widetilde F$ (x))∈Gα″⊆$\widetilde G$ (B),则H的定义是确定的.实际上,若又有$\widetilde F$ (y)∈Gα,我们需要证明F($\widetilde F$ (y))∈Gα″,因为此时则
于是有(F(
$\widetilde F$ (x)),F($\widetilde F$ (y)))∈${\widetilde H_{\widetilde G\left( B \right)}}$ ,F($\widetilde F$ (y))∈Gα″,又显然H为同态,任取$\widetilde F$ (x)∈$\widetilde F$ (A),设$\widetilde F$ (x)∈Gα,α∈${Y_{\widetilde F\left( A \right)}}$ ,则若有
而
所以
${g_{\widetilde G\left( B \right)}}F = H{g_{\widetilde F\left( A \right)}}$ ,(2)式成立.对∀$\widetilde F$ (x),$\widetilde F$ (y)∈$\widetilde F$ (A),不妨设$\widetilde F$ (x)∈Gα,$\widetilde F$ (y)∈Gβ,α,β∈${Y_{\widetilde F\left( A \right)}}$ ,由于F($\widetilde F$ (x)$\widetilde F$ (y))=F($\widetilde F$ (x))F($\widetilde F$ (y)),$\widetilde F$ (x)$\widetilde F$ (y)=$f_{\alpha , \beta }^{\widetilde F\left( A \right)}$ ($\widetilde F$ (x),$\widetilde F$ (y)),且则
从而(1)式成立.
反之,设有满射F:
$\widetilde F$ (A)→$\widetilde G$ (B)及满同态H:${Y_{\widetilde F\left( A \right)}} \to {Y_{\widetilde G\left( B \right)}}$ ,使得(1),(2)式成立,任取$\widetilde F$ (x),$\widetilde F$ (y)∈$\widetilde F$ (A),设$\widetilde F$ (x)∈Gα,$\widetilde F$ (y)∈Gβ,α,β∈${Y_{\widetilde F\left( A \right)}}$ ,则$\widetilde F$ (x)·$\widetilde F$ (y)=$f_{\alpha , \beta }^{\widetilde F\left( A \right)}$ ($\widetilde F$ (x),$\widetilde F$ (y)),F($\widetilde F$ (x))·F($\widetilde F$ (y))=$f_{\alpha ', \beta '}^{\widetilde G\left( B \right)}$ (F($\widetilde F$ (x)),F($\widetilde F$ (y))),其中F($\widetilde F$ (x))∈Gα″,F($\widetilde F$ (y))∈Gβ″,于是α′=(gβF)($\widetilde F$ (x))=($H{g_{\widetilde F\left( A \right)}}$ )($\widetilde F$ (x))=H(α),同理可得β′=H(β),由(1)式知故F为同态,证毕.
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本文将Clifford半群和Vague软集从数学角度进行了关联,首次提出了Vague软Clifford半群的概念,并研究了其基本代数性质且给出了相关证明.文中说明了Vague软Clifford半群是群的半格,并且研究了Vague软Clifford半群之间的同态关系,所获结果推广了Clifford半群的结构定理.此后,还可研究Clifford半群在模糊关系下的推广,以及Vague软集的其它代数结构(如环、域等),不断丰富模糊代数,这将在今后的研究中进行进一步讨论.