【静夜思】一些抽象代数的核心思想和实际应用

一些<<抽象代数>>的核心思想和实际应用(持续更新)


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抽象代数是现代代数的基础,以其晦涩和高度概括性而著称,如果介绍一些它的实际应用和核心思想,会对大家学习有所裨益.本文的特点是形散(采自网络)而神不散(主题明确).


核心思想

作者:Yuhang Liu

抽象代数其实起源于数论。很多重要的概念,比如环、理想,都来自于数论的研究。比如理想,一开始是数论学家研究费马大定理的时候发现有些整环不是UFD,于是开始用素理想来代替素数,这样在Dedekind domain理想的分解仍然满足唯一因子分解,但是“数”(元素)本身分解成素因子乘积的方式则不一定唯一。学抽代的时候要多积累例子,比如数论里面就有很多有趣的例子。

抽代一开始那些抽象的语言只不过是提供一个框架,某种意义上和集合论差不多,要掌握了足够多的例子才能看到它的内容。

作者:匿名用户

不要想的太玄,抽象代数是一个普通的概念系统,就像学习其他的概念一样去学习即可。它的难点主要在于两点:

  • 内涵的抽象性
  • 外延的非直观性举例而言:如何认识苹果这个概念?

通过各种感官提取出苹果的特征如圆形,甜味,脆,红色等等,再概括为“苹果”这个概念。这个过程不会让人感到困难,在于:利用感官抽象出事物的特征是我们的先天禀赋,是一个自动化的过程,意识不参与进来;

其次,苹果作为一个独立概念,需要处理的工程量很小。而抽象代数作为一个“人工”概念系统,

  • 其一,结构复杂,由大量的独立概念复合而成,在了解所有部分之前很难对整体有直观印象,所以需要大量例子帮学习者从多个不同角度和层次去“观察”这个系统的成分和结构,这是学习任何一个学科都会遇到的;

  • 其二,抽象代数系统的刻画是由高度专业化的数学语言实现的,人类的感觉系统所起作用不大,必须要调动意识层面的处理,也就是思考,而思考是毫无水分的“体力活”,就像爬山,路径或许不同,但都是实打实的功夫,不要抱偷懒的心理。

作者:乐文好墨

如果说Newton时代创造的微积分是用函数的观点了解世界,那么以Galois为代表的近世代数则是以结构的观点去剖析万物。所以近世代数一定要尽早学!要说近世代数的用途,那真是多了去了。但你要问本科阶段学的代数有啥用,那么只能说,它给你另一种世界观,培养你跳出计算,分析结构的技能。

作者: zyearn

对于一个群 G G ,我们已经知道它的一少部分信息,就如同一个黑匣子,我们大概知道它的一些表面信息。要掌握它的内部结构,就要用群在集合上的作用这一“X光”,底片就是群所作用的集合。通过分析解读群在集合上的作用的效果,也就是透射出来的“胶片”,来获取群 G G 的内部信息。当然这个集合不能是随便哪个集合都可以的,要利用已知的信息,构造一个合适的集合,以及群在这一集合上的某个合适的作用。如果你掌握了这种思想,就可以随时推导出Sylow定理的证明来。

作者:strongart

有的人总是想借助直观来理解抽象,但这对抽象代数的入门却是一个妨碍。还有回忆学习普通代数的情形,如果在学习普通代数的时候固执于用数值检验未知数 x x ,并不能让你真正领会 x x 的精神,只有直接用 x x 来进行运算,才能在此基础上领会高级的直观。

抽象代数的学习也需要领会相应的高级直观,这里的直观重在代数的结构,因此初学者就应该特别注意那些关于结构的定理。

  • 第一个结构定理大概就是同态基本定理,由此可以更加深刻的理解商群。

  • 此后,一个非常自然的结构定理就是有限Abel结构定理,如果你能够依据此定理确定任意Abel群的结构,那么可以说你基本上已经算是入门了。

  • 此后,就可以考虑对付非Abel群的武器,最初级的武器是共轭类,由此衍生出正规子群的概念。

  • 而更加深刻的武器则是Sylow定理。仅仅作为入门的话,能理解Sylow定理也应该算是足够了。

只要能把注意把握结构,抽象代数的入门应该不是太困难,我甚至提议数学专业课是不是可以一开始就群论讲起,这可以促使学生尽早完成代数思维的转变。只要走过了这道门槛,后面还有更加丰富多彩的内容等着你们呢!

作者:马同学

运算不止加减乘除,数学学到后面就多了很多抽象运算。甚至从集合和运算的角度来看,学数学的过程很多时候就是在不断的扩大对集合和运算的认知。理解的集合和运算越多,相关领域的数学基本上也就理解了。其中有种特殊的集合+运算就是群。

简单来说,群的作用是描述对称。什么叫对称?我们来看看:正方形对称吗?物理定律对称吗?多项式的根对称吗?

上面的问题的答案都是:对称!对称就是:“某种操作下的不变性”,关键字是两个:“操作”和“不变性”,要说明这点让我们通过上面的三个问题来理解。

作者:匡世珉

说好的『结构』呢:
那如果我告诉你群其实长这样呢(Cayley图):

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描绘的是群同构第一基本定理:

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实际应用

作者:TomHall

有人在用haskell写一个机器学习库的时候发现,因为朴素贝叶斯在不同样本点上训练出来的模型构成了一个,可以很容易地定义加法运算合并起来,免去了重复训练的需求。于是在做k-fold cross validation的时候只需要在每一折上单独训练,从而把复杂度从O(kn)降低为O(n)。如果能发现其他模型有类似的代数性质,也可以使用同样的方法降低cv的开销。

作者:chris

抽象代数教会了你从同态,同构的角度去看待问题,特别是同态的思想,你看实分析中的几乎处处收敛,微分几何中的切矢,余切,都是通过同态和同构这两个强大的工具构造出来的
其他具体应用可能就是物理了,特别是李群在量子力学,中可谓是大范围的使用

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