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范畴论基础概念和 Yoneda Lemma 定理

范畴论概念辨析

范畴 (Category) 包含对象(Object)和态射,对比集合概念,范畴不仅定义了静态的成员,也定义了成员之间的动态交互关系。不是任意对象和态射都能称为范畴,态射中至少包含一个单位态射,任何对象经过该态射得到本身。

不仅态射可以让对象发生变换,态射本身也可以看作一个对象处理进行变换。留意“万物皆对象”这个思想,后面将层层套娃。态射的组合产生新态射,其定义为 \((f\circ g)(X)=f(g(X))\),注意符号是从后往前、从右往左执行

描述范畴之间的变换叫做函子(Functor),因此其用对范畴组成——对象、态射的变换前后来表达,将变换前后的范畴叫做“源范畴”到“目标范畴”。

自然变换(Natural Transformation)是描述函子之间的态射关系,其可以通过固定一个源范畴 X,经过不同的函子 FG 得到不同的目标范畴 YZ,再在不同目标范畴 YZ 之间建立态射来表达,自然态射是函子关系中一种满足交换的特殊关系,其含义感性理解为 “保持源范畴 X 结构的某种一致”。如果对 X 中任意对象 F 和 G 函子都存在自然变换,则称 F 和 G 函子是自然同构(Natural Isomorphism),记作 \(F\cong G\)。自然同构的函子可以认为是某种等价不同的表达关系。

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Hom 函子是一种特殊的函子,既然是函子,其可以通过对象的态射和态射的态射定义:

  • 对对象: \(Hom(A,\_)=C(A,\_)\),得到范畴中所有 A 为“源对象”态射的集合,比如 \(Hom(A,B)\) 把对象 \(B\) 映到态射集 \(C(A,B)\)
  • 对态射:给定 \(f:B\to C\),定义 \(Hom(A,f):C(A,B)\to C(A,C)\) ,即 \(g\mapsto f\circ g\)

Extra/Images/category-hom.drawio.png

Yoneda Lemma 定理

对于任意 X ,都能找到态射 F 满足:

\[F(Hom(X,\_{))}\cong F(X) \]

即 “X 和范畴中任意其他对象的关系” 和 “X” 本身,总能在某个视角 F 下等价,或者说自身由与外界交互的关系定义。

http://www.sczhlp.com/news/2193/

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