Рассмотрим конечное множество А = {a1, a2, … an}, и бинарное отношение P на A: P⊂A2. Определим матрицу [P] = (pij) порядка n бинарного отношения Р по следующему правилу:
Pij = { | 1, если (ai, aj) ∈ P |
0, если (ai, aj) ∉ P |
Полученная матрица содержит полную информацию о связях между элементами и позволяет представлять эту информацию на компьютере. Заметим, что любая матрица, состоящая из нулей и единиц, является матрицей некоторого бинарного отношения.
Пример 1. Матрица бинарного отношения P⊂А2, где А = {1, 2, 3}, заданного на рисунке:
имеет вид:
Отметим основные свойства матриц бинарных отношений заданных на множестве A.
1. Если P, Q⊂A×В, [Р] = (рij), [Q] = (qij), то [Р∩Q] = (pij · gij) и [Р∪Q] = (рij + qij), где сложение осуществляется по правилам алгебры логики (дизъюнкция) 0 + 0 = 0, 1 + 1 = 1 + 0 = 0 + 1 = 1, а умножение — обычным образом. Итак, [Р∪Q] = [Р]+[Q], а матрица [Р∩Q] получается перемножением соответствующих элементов из [Р] и [Q]:[P∪Q] = [P]·[Q].
Пример 2. Пусть , матрицы отношений Р и Q. Тогда , .
2. Если Р⊂A×В, Q⊂В×С, то [P°Q] = [Р]×[Q], где умножение матриц [Р] и [Q] производится по обычному правилу умножения матриц («строка на столбец»), но произведение и сумма (дизъюнкция) элементов из [Р] и [Q] — по определенным в п. 1 правилам.
Пример 3. Пусть [Р], [Q] − матрицы отношений Р и Q из примера 1. Тогда
3. Матрица обратного отношения Р-1 равна транспонированной матрице отношения Р: [Р-1] = [Р]t.
Пример 4. Пусть , .
4. Если Р⊂Q, [Р] = (рij), [Q] = (qij), то [Р] ≤ [Q], что означает pij ≤ qij ∀i,j. Верно и обратное, если [Р] ≤ [Q] , то Р⊂Q.
5. Матрица тождественного отношения [IA] — единична.
Теорема. Пусть R — бинарное отношение на множестве А (R⊂А2).
1. R рефлексивно ⇔ [IA] ≤ [R], т.е. на главной диагонали матрицы [R] стоят только единицы;
2. R антирефлексивно ⇔ на главной диагонали матрицы [R] стоят только нули.
3. R симметрично ⇔ [R] — симметричная матрица, т.е. [R] = [R]t;
4. R антисимметрично ⇔ [R-1∩R] ≤ [I]A, т.е. вне главной диагонали все элементы равны нулю;
5. R транзитивно ⇔ [R°R] ≤ [R].