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这个条目是关于单子在里面范畴理论和范畴代数有关其他概念,请参见单音(消歧).
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范畴代数
2范畴理论
2范畴理论
定义
两类之间的转换
两类形态
2类结构
2类限额
2类结构
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想法
在范畴理论,概念单子(早期:“标准结构“或”三元组“)是一种分类的幺半群:在默认的化身中,单子是内函子在一些类别配备有单作的 相联的 二进制运算在下面作文。更一般地说,这个概念对内幕- 1-形态在任何对象在任何2类超过猫:单子幺半群对象 内部到 内幕-家庭类别.
连同附加词(伴随函子)它们对应的(参见在下面)单子体是范畴理论(它们构成了绝对的和泛代数人们从哪里谈起单子上的代数)和中数学更普遍地(当然是在像这样的领域代数拓扑,层与拓扑理论和同调代数,概念以“规范分辨率”).
最后,单子在形式逻辑(参见。模态逻辑和模态类型理论)和在计算机科学,在理解它们的地方(参见“计算三部曲)作为编码“计算概念”与“计算效果”的框架函数式编程:请参阅计算机科学中的单子.
词源学
术语“monad”于年引入贝纳布1967年,第5.4.1条,其中,在观察到(实验5.4.1)单体在1对象2类别中(的deloopings 单体范畴)是幺半群:
除了这个脚注之外,似乎存在术语起源的唯一当代解释,巴尔2009,回顾了以下交流,当时人们普遍对早期的术语“标准结构”和“三重结构”感到不满:
1966年夏天(或者可能是晚春,Oberwohlfach记录将显示这一点),那里举行了一次类别会议。[……]有一天,在午餐或晚餐时,我碰巧坐在让·贝纳博旁边,他转向我说,“‘单子’怎么样?”当然,它是函子范畴中的幺半群。
2023年关于这一问题的进一步讨论杰里·阿达梅克回忆比尔·劳弗尔在以下范围内:
萨米是在奥伯沃法赫古堡的公共休息室里[塞缪尔·艾伦伯格]从钢琴后面出来,宣布了改变。
但是巴尔澄清如下:
我非常愿意相信,是坐在我旁边的贝纳博推荐了蒙娜德。完全有可能是萨米下台并宣布其为“官方”。当然是在那座古老的城堡里。
有趣的是贝纳博的脚注在上面给出了“monad”的第二个动机:
令人惊讶的是Bénabou 1967年,定义5.4.1 定义一个单子lax 2-函子来自终端类别 到2-类别类别(更普遍地说,无论环境如何2类““),然后继续展开此定义与传统定义的等效性:
在这个意义上,单子是点状元素在一个2范畴理论感觉(在2-地形 猫),这与欧几里德的古代单子概念作为不可分割的构建块。事实上,正如上面所讨论的,“monad”(在古希腊语和现代希腊语中都是如此)只是指单位意义上的“单位”自然数 、和贝纳布1967年,第5.4.1条字面上用(lax)单位标识单子在环境2类中。
在这种情况的推广中,可以考虑来自的lax函子共离散群胚 在对象,其中贝纳布1967年,Def.5.5电话多价体:
另一方面(可能在巴尔2009)就在几年前单子术语已于年被采纳非标准分析作为术语无限小街区(罗宾逊1966年,第57页和卢森堡1966,也比较Keisler 1976年,定义1.2,库塔特拉泽2011和,说话合成的,综合的:科克1980).
现在,事情就这样发生了——在拓扑理论制定无穷小通过差异凝聚力-建造无限小街区 是(请参见在这里)在意义上的单子范畴理论! – 即左边 伴随单子到喷气式comonad(Khavkine&Schreiber 2017年,第23页).
定义
莫纳兹
A类单子在一个二分类 由提供
-
一个对象 在里面
-
一个自同态 在里面
-
一2-同构 在里面
(该单元或返回操作)
-
一2-同构
(该乘法或参加操作)
这样的图表 通勤(如果确定一致性 同构s已被省略)。
“单子体”的名称和术语“单位”、“乘法”和“结合性”与幺半群(另请参阅单音(消歧)). 实际上,可以在对象上定义monad的二分类 作为一个幺半对象在自同态范畴中或者,单子可以被视为更基本的幺半群范畴中的幺半群 可以在中定义为单子,对应的一个对象双类别.
第三个不太明显的定义是是一个lax 2-函子来自终端二类到:唯一对象属于发送到对象,态射成为、和和由表达松弛功能的相干2细胞产生。这反过来相当于说monad是在双范畴中丰富的范畴具有单个对象和单个态射。在更高类别的理论家中,很容易认为这是最基本的定义,也是单子普遍存在和重要性的最基本原因。然而,尽管如此,早期更基本的定义在实践和教学上都是至关重要的。
最后,单子可以用“Kleisli操作”来定义,该操作使用任何映射到地图;看见扩展系统.
我们可以想象一个单子作为第三东方人在里面。请参阅上的备注单体范畴.
单体的数据和公理可以用图形表示为字符串关系图.书写对于所讨论的单子(当),这些数据可以表示为
由于形状独特,人们通常可以省略标签:
然后公理显示为:
单子的2类
给定a中monad之间的等价性2类 和松弛函子 [贝纳布1967年,第39页]定义2类 中的单子成为松弛 函子范畴 ,包括松弛函子,lax变换和他们的修改.
拼写出来[马兰达1966,马兰达1968,弗雷1969年,第269页,Pumplun 1970第330和334页,科佩1970,1972年街道,第150-151页,在中查看Leinster 2004年,第148页]:
定义
(2类单子)
让成为2类.
-
安对象在里面是一个单子在里面;
-
一1-态射 在里面(“单函子”或“单子变换”)
由提供
-
一1-态射 在里面
-
一2-形 在里面
进行以下操作图表通勤:
-
一2-同构 在里面由提供
- 一2-同构 在里面
进行以下操作图表通勤
证明
我们需要为每一个单子展示这一点在这是一个自然的转变首先,这使得这一平方通勤:
这已经将转换修复为单子单元属于如图所示,第二,该广场通勤:
根据统一性条款,如图所示。
单子上的代数/模
考虑到双类别中的单子只不过是一个幺半对象在家里,考虑模块在这个幺半群上:a单体的模。此模块概念比单体范畴但是,因为它不需要住在但可以加入(用于左侧模块)或(适用于右侧模块)。
在猫-喜欢二分类,monad上的左模通常称为单子上的代数从单子作为幺半群的观点来看,这个术语令人困惑,但它是合理的,因为在猫本身,这样的带域的代数1只是经典意义上单子的代数。这样的代数是编码一般代数结构的有力工具;这是一个主题泛代数单子上的代数构成它的Eilenberg-Moore类别,其特征是通用属性.
一些单子体起源于操作的s、 在这种情况下,单子的代数与操作数的代数相同。A类劳弗尔理论是另一种特殊的单子.
属性
附加词与单数的关系
两者之间有着密切的关系附加词(伴随函子)和单子:
附加引起的单子
每附加 诱导单子 和a余单子 .
(Huber 1961,§4;参见e。MacLane 1971,§VI.1(第134页);Borceux 1994,第2卷,道具。4.2.1).
具体如下:
命题
让是一对伴随函子即是伴随函子,其中,,是单元和是科尼特然后:
-
是一个单子在,带有单元 和乘法.
-
是一个余单子在,带有科尼特 和复制.
证明
我们验证了我们得到了一个单声道,comonad的参数是形式上双重的.
(1)我们知道这张图可以相互转换:
通过应用,我们得到单子的单位y的第一部分:
(2)我们知道这张图可以相互转换:通过放置,我们得到单子的单位性的第二部分:
(3)自然为每一个:
我们将其应用于它给出了:
最后申请以获得:
这就是单子乘法的结合性。
(4)乘法的自然性由2获得晶须国家的.
单子体的附加解析类别
诱导单子的附加词(作为在上面)也称为的分辨率.
通常有不止一个这样的决议,实际上有一个类别一个给定单子的附加词,其形态为“比较函子“(例如。MacLane 1971,§VI.3).
在此类别中:
(例如。Borceux 1994,第2卷,道具。4.2.2)
语义结构附加
以上文章来自附加词到单子然后回到他们的单数附加词构成自身附加,有时称为语义结构附加.
示例
Monads开
许多单子也有标准用法,如计算机科学中的单子.
例子
自由健忘者附加之间点集和套诱导内函子 这增加了一个新的不相交点。这称为也许是单子在计算机科学中。
例子
自由健忘者附加之间幺半群和套诱导内函子 由定义
给予自由单体。这也是名字列表单子或Kleene-Star公司?在计算机科学中。装置的组件给包含发送每个元素到相应的单例列表。乘法运算的组成部分是连接函数,将列表列表发送到相应的列表(在计算机科学中称为扁平化)。这个monad可以定义为单体范畴具有副产品分布在单体产物上。
例子
对于一组固定的“状态”,的()-附加导致单子在调用了状态单体这是计算机科学中常用的单子函数。在Haskell等函数式编程语言中,状态可以用于模拟计算的“副作用”。
例子
逆变动力装置-函子是它自己的右伴随,给予。请注意诱发双功率单体拿一套到。的组件单元是主超滤器功能发送元素的到的子集集包含.乘法的组成部分是反像地图的函数;可以痛苦地表述为:将一组子集集转换为具有以下属性:子集集的其中一个集是其包括该特定子集作为元素。
更换两个元件电源对象 与任何其他集合一起给出类似的monad。在计算机科学背景这些被称为延续单子这种结构也可以推广到任何其他双闭单体范畴例如,有一个类似的双双单子在.
代数
例子
自由健忘者附加之间套和类别-模块。这会导致自由的-模单子 . The自由阿贝尔群单子和自由向量空间单子是特殊情况。
例子
自由健忘者附加之间套和类别组提供了自由基单子 发送到集合字母中的有限单词加上倒数.
拓扑结构
例子
有一个遗忘函子 服用拓扑空间至其基础设置它是离散空间函子的右伴随把一套带到它的离散拓扑。还有一个伴随对在类别之间契约 Hausdorff拓扑空间和类别拓扑空间,其中是石灰岩压实这两个伴随对的组合构成一个单子将一个集发送到其离散空间的Stone-Cech紧化的基础集。它也被称为超滤器单子作为可以认为是一个函子,它把一个集合带到它的一组超滤子上。
猫身上的单子
单子通常被视为2类猫它们是由内函子上面有一个幺半结构。特别是单子在里面 猫 在 设置等价于泛代数中研究的方程理论。在这种情况下,monad抽象了代数理论(例如“组”或“环”),给出了额外结构在一个类别的对象上。
典型地,如果是代数理论(例如群理论)-布景上的结构告诉我们如何解读各种条款(例如。)由集合的元素构成,受某些公理(例如。). 一个单子将此集合为一个函子。对于集合,是理论中所有术语的集合,由,如果公理强制它们相等,则确定术语。对于组,因此是(的基础集)自由群正式词汇的从;事实上给予自由的结构原来是典型的.
为了充分理解这个理论,我们需要包含更多的数据:自然地图记录每个给出了一个微不足道的术语,和地图记录根据术语构建的其他术语如何作为术语出现在中.
给一个单子猫关于一个范畴,总是可以生成标准分辨率任何对象的.
其他示例
高等范畴理论中的单数
有一个垂直分类单子到(∞,1)-类别。请参阅(∞,1)-单子.
在里面第3节属于
工具书类
概念(有限公司)单子体是以“标准结构”(即现在所认为的诱导结构)的名义引入的标准分辨率)英寸:
以下内容:
在早期范畴理论-文学单体被称为三元组,指的是(正如幺半群)他们的数据-结构是的吗三元组包括:(1.)潜在的 类别,(2.)a二进制运算和(3.)a机组运行:
现代术语“monad”(以及任何二分类)是(参见。巴尔2009)由于:
进一步的历史评论:
其他原始文本:
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Jean-Marie Maranda女士,关于基本构造和伴随函数,加拿大数学公告95 (1966) 581-591 [doi:10.4153/CBM-1966-072-9]
-
Jean-Marie Maranda女士,Sur les Properties Universe les des Foncteurs副词,单位:埃里昂集团/阿贝尔群的研究斯普林格(1968)[doi:10.1007/978-3642-46146-0_16]
-
弗雷德·林顿,功能语义学概述,英寸三元组和范畴同调理论研讨会,数学课堂笔记80,施普林格(1969)7-52[doi:10.1007/BFb0083080]
-
弗雷德·林顿,应用功能语义学,英寸三元组和范畴同调理论研讨会,数学讲义80,施普林格(1969)53-74[doi:10.1007/BFB0083800]
-
阿明·弗雷,关于三元组的一些评论,Mathematische Zeitschrift109(1969) 269–272 [doi:10.1007/BF01110118]
-
迪特尔·普吕恩,Eine Bemerkungüber Monaden和Adjungeerte Funktoren,Mathematische Annalen185(1970) 329-337 [eudml:161964,pdf格式]
-
劳伦特·科佩,同位语的形态和同构,C.R.学院。Sc.巴黎 271(1970), [方格:12148/bpt6k5619186c/f27]
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桑德斯·麦克莱恩第六章:数学工作者的范畴,数学研究生课程5斯普林格(1971)[doi:10.1007/978-1-4757-4721-8]
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让·贝纳布,Les三连体,Séminaire de mathequepure pure纯数学26卢万大学(1972年)[pdf格式]
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罗斯街,单子的形式理论,《纯粹与应用代数杂志》22 (1972) 149-168 [doi:10.1016/0022-4049(72)90019-9]
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斯蒂芬·莱克,罗斯街,单子叶形式理论II,《纯粹与应用代数杂志》
1751–3 (2002) 243-265 [doi:10.1016/S0022-4049(02)00137-8]
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巴尔,查尔斯·威尔斯,第3章:拓扑、三元组和理论格兰德伦数学。Wissenschaften公司278,Springer(1985),《范畴理论与应用中的再版》12(2005) 1-287 [战术:tr12]
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无穷大等价性的初等证明Lawvere理论和单子上集合的类别的附录A中给出
在高等范畴理论: