【水星】外行人看米田引理——从一个笑话说起
加姬吧
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本文仅仅只是一则随笔,由于LZ没有学过范畴论,也许偏差会挺大的,希望知道真实范畴论的人不要见怪哈![钱]
先写下现在的感受,以后也许学了范畴论后再看自己写的东西,又有不一样的看法了。
2013年09月26日 08点09分 1
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最近在各大网站上整理比较高端的数学笑话,其中有一个笑话如是说:
The Yoda embedding, contravariant it is.
其中的Yoda embedding是什么呢?经过仔细的搜索,我终于确定了目标,原来就是星球大战中的尤达大师![惊讶]
2013年09月26日 09点09分 2
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这毕竟是一个数学笑话,将数学与尤达大师联系起来的,就是米田嵌入(Yoneda embedding),也称为“米田引理”。
什么是米田引理呢?从维基百科上得来的讯息可知它是范畴论里比较重要的一个定理,具体的阐述如下(摘自维基)
设C为范畴,定义函子范畴如下:
定义函子
其中

米田引理声称:存在自然的同构
2013年09月26日 09点09分 3
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看到这些符号,我不禁头晕脑胀。对于没有学过范畴论的我来说,压力实在太大。所以我退而求其次,在SE以及MO之类的网站上进行了一些搜索与总结。我对这样一个引理有些个人理解。
什么是米田定理背后的深意?其实这种方法在很多领域内都有用到,那就是“test principle”。Ravi Vakil提到,在粒子物理里,如果在加速器旁的工作者如果对一个神秘的,不可捉摸的粒子感兴趣。他们通常的做法是拿已知的粒子与这个“神秘粒子”进行交互,在所有粒子与所有能量都试过之后,这样一种“神秘粒子”的形态也就能被复原出来了。
这样的思想在其他地方中也有所体现。比如说一个很常见的数分问题:
其实也就是这样思想的体现。把一个函数与原函数相乘,积分后有一组信息,而根据这组信息就能够还原出原来的函数了。
在范畴论里,这样与一个“范畴”的“交互”,也就是前面所说的Hom_C(-,X),就可以看作是这样一个过程。这种表述被称为是“协变”的。而与之相对地,这个定理的另外一个方面,也就是从Hom_C(X,-)可以恢复出所有信息的方法被称为“反变”的。
2013年09月26日 13点09分 4
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尤达大师与这个定理又有什么关系呢?
我们知道,Yoneda(米田)以及Yoda像是一对兄弟,所以Yoda大师就不幸成为了数学家调侃的对象。同时尤达大师还喜欢说话时把一些词倒过来说,这也是数学家们想到了“反变”,也就是“contravariant it is”。
“反变”似乎要比“协变”更难以理解,似乎是“我们能够从神秘粒子撞击到哪些粒子来知道神秘粒子的形态”!也就是说,我们能够通过“粒子放射物”来判断粒子了。
一个“反变函子”会将交换图表的箭头反向,因此相对难以理解(我就没怎么理解。。)下面我就谈谈这个定理的协变表述在其他方面的一些类比。
2013年09月26日 13点09分 5
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对于偏序集中,我们把集合看成范畴,a≤b当且仅当a→b,其他情况则a与b间无态射。那么在这样一个问题中,米田引理说明了,一个数的大小取决于所有小于或等于它的数!这也就是著名的戴德金分割了。同理也可以对它大的数进行讨论。
米田引理在这里的另外一种说法是,a≤b <=> (c≤a => c≤b)
而更多的例子,限于Lz水平未能看懂,只能在最后的链接部分给出。
2013年09月26日 13点09分 6
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以上例子也给了我一些启发。
“范畴”就犹如C++里面的模板,只有在客户端给出实例化之后才会执行。而这样一个米田引理“变成”的戴德金分割和凯莱定理恰恰说明了这一点。也许它同样也有方法“变成”前面我所提到的那个积分的例子呢!
这也是范畴论数学家们的期望。他们希望把整个数学的规律变成一个“模板”,只需要往模板里塞入具体的“对象”,执行这样一个模板,一个个定理就能够诞生了。恰如前面的凯莱定理,就是米田引理的一个推论,类似的推论我们还能够进行:
1)如果将一个群作用在自身,那么得到一个n元置换群
2)如果将一个有单位元的域作用于自身,那么它得到的是一个E的子域,E为其相关加法群
3)如果将一个k-代数作用于自身,那它就是一个Mn(k)的子代数。而特别地说,这也能够给出C作为在R上的矩阵代数以及四元数在C或R上的矩阵代数。
4)如果将李代数作用与自身,不巧是,这个作用不一定是忠实的。所以你只能得到Ado定理的初等阶段,也就是将李代数嵌入到矩阵代数内。
5)而最后,如果你把范畴“作用”于自身(一般来说A作用B也就是Hom(B,A),恰好就像我们前面说的粒子物理的例子!),这就给出了米田嵌入Fun(C^op,
Set),而将范畴一般化为前面的特点的例子就得到了结果。
2013年09月26日 14点09分 8
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但是范畴论的“范畴”是否是这样“模板化”中最“抽象类”的东西呢?
这是一个从最具象到抽象的过程,似乎是“没有最抽象,只有更抽象”的。比如说环是群的一种特殊形式,而群又是幺半群的一种特殊形式。而这些群的范畴,等价关系,拓扑空间的基本拟群都从属于拟群范畴。
同样的,在各个范畴里面,乘积,余积,极限,余极限,拉回,推出在各个范畴的构造都不一样,但是抽象的定义却是相同的,这就导致了一种东西,叫做“universal object”,也就是“泛对象”。
但是“泛对象”真的就是最普遍的吗?它只是从老的范畴中建立的新范畴内的始对象和终对象。
终对象也不是太“一般”,它不过是我们所在的范畴的反范畴中的始对象。
范畴也不是很一般,它只是“n-范畴”的一个特殊形式。
。。。
2013年09月26日 15点09分 9
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[haha][haha][haha]
2015年10月14日 13点10分 11
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支持楼主,谢谢楼主给我这个初学者展示了别样的风景!
2016年05月31日 18点05分 12
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