二元运算
二元运算是一种数学概念,它涉及到两个元素的组合产生一个新的元素的过程。二元运算是由两个元素形成第三个元素的一种规则。例如数的加法及乘法;更一般地,由两个集合形成第三个集合的产生方法或构成规则称为二次运算。二元运算作用于两个对象的运算,如任意二数相加或相乘而得另一数;任意二集合相交或相并而得另一集合;任意一个多行矩阵与一个多列矩阵相乘而得另一矩阵;任意二函数合成而为另一函数,以上加、乘、交、并,积及合成均属二元运算。二元运算需要三个元素:二元运算符以及该运算符作用的两个变量。如在运算1 + 2之中,二元运算符为“+”,而该运算符作用的操作数分别为1与2。二元运算只是二元函数的一种,它被广泛应用于各个领域。在二元运算中,运算结果与两个输入值必须是同种类型,例如整数相加后仍然是整数,这保证了运算的封闭性。
定义
二元运算的定义 — 给定集合 A,二元函数 F:A×A→A 称为集合 A 上的二元运算。直观上,也就是集合 A 里的一组数 (a, b) 都对应一个 A 里的数值 F(a, b),那对应规则的整体 F 就是所谓的二元运算。F(a, b) 通常写为 aFb,而且比起使用字母,二元运算时常以某种运算符表示,来跟普通的函数作区别。事实上 F:A×A→A 这个符号本身就保证了:“只要 a, b∈A 就会有 aFb∈A”,这个性质也称为(二元)运算封闭性。
闭包性
如果对于给定集合的成员进行运算,从而产生了象点,而该象点又是同一个集合中的成员,则称给定集合在该运算之下是封闭的。这种性质,通常称为闭包性。闭包性确保了运算结果仍然属于原有的集合,这是二元运算的基本要求。
在工具书中的解释
由两个元素形成第三个元素的一种规则。例如数的加法及乘法;更一般地,由两个集合形成第三个集合的产生方法,或构成规则,称为二元运算。
二元运算符
二元运算符应写在执行运算的子表达式对之间。
二元运算符比一元运算符的优先级低。二元运算符在本节中按优先顺序出现。
该优先顺序与 C 语言中的顺序并不一致。
乘法运算符
乘法运算符在所有二元运算符中优先级最高。它们只作用于数字表达式。
布尔运算符
这些运算符的优先级最低。它们对操作数执行标准的逻辑运算。
在所有三种情况下,A 和 B 必须为取值为 或 的表达式。
常用性质和术语
二元运算中存在多种性质和术语,它们描述了运算的特定特性和规则。以下是一些常见的性质和术语:
幺元
幺元是集合 A 在二元运算 ∘ 下的一个特殊元素 i,它对于集合中的所有元素 a 满足 i∘a=a 和 a∘i=a。如果一个元素同时满足左幺元和右幺元的条件,它就被称为幺元。
逆元
逆元是指在二元运算 ∘ 下,对于集合 A 中的任意元素 a 和 b,存在一个元素 a 是 b 的逆元,满足 a∘b=i 和 b∘a=i,其中 i 是幺元。逆元通常记为 a^(-1)。
零元
零元是集合 A 在二元运算 ∘ 下的一个特殊元素 z,它对于集合中的所有元素 a 满足 z∘a=z 和 a∘z=z。如果一个元素同时满足左零元和右零元的条件,它就被称为零元。
零因子
零因子是指在二元运算 ∘ 下,对于集合 A 中的非零元素 a,存在另一个非零元素 b 使得 a∘b=z 或 b∘a=z,其中 z 是零元。
交换律
交换律是指在二元运算 ∘ 下,对于集合 A 中的所有元素 a 和 b,运算满足 a∘b=b∘a。
结合律
结合律是指在二元运算 ∘ 下,对于集合 A 中的所有元素 a、b 和 c,运算满足 (a∘b)∘c=a∘(b∘c)。
消去律
消去律是指在二元运算 ∘ 下,如果 a≠b,则对于集合 A 中的所有元素 c,满足 c∘a≠c∘b(左消去律)和 a∘c≠b∘c(右消去律)。
幂等律
幂等律是指在二元运算 ∘ 下,对于集合 A 中的所有元素 a,运算满足 a∘a=a。
幂幺律
幂幺律是指在二元运算 ∘ 下,如果存在幺元 i,则对于集合 A 中的所有元素 a,运算满足 a∘a=i。
幂零律
幂零律是指在二元运算 ∘ 下,如果存在零元 z,则对于集合 A 中的所有元素 a,运算满足 a∘a=z。
分配律
分配律是指在集合 A 上的两个二元运算 ∘ 和 ◇ 下,运算满足 a∘(b◇c)=(a∘b)◇(a∘c)(左分配律)和 (b◇c)∘a=(b∘a)◇(c∘a)(右分配律)。如果一个运算同时满足左分配律和右分配律,它就被称为满足分配律。