在代数结构中,原群(Magma)和原群(Monoid)是两个不同的概念,它们有一些相似之处,但也有关键的区别。以下是对它们的详细解释及其异同点:
原群(Magma)
定义
一个原群(Magma)是一个带有二元运算的集合。形式化定义如下:
集合:一个包含元素的集合。
二元运算:一个函数,将两个集合中的元素组合成一个新的元素。
特点
没有结合律要求:原群(Magma)不要求二元运算满足结合律。
没有单位元要求:原群(Magma)不要求存在单位元。
示例
在JavaScript中,任意两个数的加法可以看作是一个原群(Magma),尽管它满足结合律,但这是额外的性质,不是原群(Magma)的要求。
const add = (a, b) => a + b;
console.log(add(1, 2)); // 3
原群(Monoid)
定义
一个原群(Monoid)是一个带有二元运算和单位元的集合,这个运算满足结合律,并且单位元在运算中是中性的。形式化定义如下:
集合:一个包含元素的集合。
二元运算:一个函数,将两个集合中的元素组合成一个新的元素。
结合律:对于集合中的任意三个元素
a
、b
和c
,有(a * b) * c = a * (b * c)
。单位元:一个元素
e
,对于集合中的任意元素a
,有e * a = a * e = a
。
特点
结合律:原群(Monoid)要求二元运算满足结合律。
单位元:原群(Monoid)要求存在一个单位元。
示例
在JavaScript中,字符串连接和数组连接都是原群(Monoid),空字符串和空数组分别是它们的单位元:
const concat = (a, b) => a + b;
const emptyString = "";
console.log(concat(emptyString, "Hello")); // "Hello"
console.log(concat("Hello", emptyString)); // "Hello"
const concatArray = (a, b) => a.concat(b);
const emptyArray = [];
console.log(concatArray(emptyArray, [1, 2, 3])); // [1, 2, 3]
console.log(concatArray([1, 2, 3], emptyArray)); // [1, 2, 3]
异同点
相同点
二元运算:两者都定义了一个二元运算,将两个集合中的元素组合成一个新的元素。
不同点
结合律:
原群(Magma):不要求二元运算满足结合律。
原群(Monoid):要求二元运算满足结合律。
单位元:
原群(Magma):不要求存在单位元。
原群(Monoid):要求存在一个单位元。
应用场景
原群(Magma):由于没有结合律和单位元的要求,原群(Magma)在实际编程中的应用较少,更多的是作为一种基础的代数结构,用于定义更复杂的结构。
原群(Monoid):原群(Monoid)在编程中有广泛的应用,特别是在数据聚合、组合和处理方面。例如,字符串连接、数组连接、日志聚合、并行计算结果合并等。
总结
原群(Magma)和原群(Monoid)都是代数结构,但它们有不同的要求和应用场景。原群(Magma)是一个更基础的结构,只要求定义一个二元运算,而原群(Monoid)在此基础上增加了结合律和单位元的要求,使其在实际编程中更具实用性。理解这两者的区别和联系,可以帮助我们更好地应用函数式编程中的代数结构。