🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 04 — Matemática discreta para computación

085 — Relaciones y propiedades

intermedio clase 5 de 20 4 horas demostración relations

Reflexiva, simétrica y transitiva son las tres condiciones que hacen de una relación una equivalencia, y toda equivalencia particiona el conjunto.

Fórmulas

reflexiva: ∀a, aRa
simétrica: aRb ⟹ bRa
transitiva: aRb ∧ bRc ⟹ aRc

Desarrollo

Una relación es un conjunto de pares. Las tres propiedades clásicas se comprueban por separado y su combinación tiene consecuencias muy fuertes: si una relación es reflexiva, simétrica y transitiva, particiona el conjunto en clases disjuntas cuya unión es el total. No hay que demostrar la partición: se sigue de las tres propiedades.

El ejemplo canónico es la congruencia módulo n: x ≡ y (mod 3) si x − y es múltiplo de 3. Sus clases de equivalencia son los restos {0,1,2}, y esa partición es exactamente la estructura sobre la que se define la aritmética modular de la clase 098.

La utilidad práctica es de modelado. Cuando se decide que dos objetos son «el mismo» a efectos de un sistema —dos URLs que apuntan al mismo recurso, dos registros del mismo cliente, dos representaciones del mismo número racional—, se está definiendo una relación de equivalencia, y conviene comprobar que cumple las tres propiedades. Una relación de «similitud» que no es transitiva produce agrupamientos inconsistentes.

Ese fallo es real y frecuente: la deduplicación por umbral de similitud no es transitiva —A parecido a B y B parecido a C no implica A parecido a C— y por eso los algoritmos de agrupamiento por similitud necesitan una definición explícita de transitividad, como el cierre transitivo o el enlace completo.

Ejemplo trabajado

Congruencia módulo 3 sobre {0,...,5}.

Relación: x ~ y  si  (x − y) mod 3 == 0

reflexiva:  (x−x) mod 3 = 0                    ✓
simétrica:  si (x−y)≡0 entonces (y−x)≡0        ✓
transitiva: (x−y)≡0 y (y−z)≡0 ⟹ (x−z)≡0        ✓

→ es una relación de equivalencia

Clases de equivalencia:
  [0] = {0, 3}
  [1] = {1, 4}
  [2] = {2, 5}

Disjuntas y su unión es todo el conjunto        ✓

Qué calcula el laboratorio

Reflexiva, simétrica y transitiva: la receta de una relación de equivalencia.

python classes/part-04-matematica-discreta-para-computacion/085-relaciones-y-propiedades/lab.py
compmath run 085

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "relacion": "x ≡ y (mod 3)",
  "reflexiva": true,
  "simetrica": true,
  "transitiva": true,
  "es_equivalencia": true,
  "clases_de_equivalencia": {
    "0": [
      0,
      3
    ],
    "1": [
      1,
      4
    ],
    "2": [
      2,
      5
    ]
  }
}

Errores comunes

Dónde se usa

Deduplicación de registros, normalización de datos, particiones de un conjunto, aritmética modular y clases de equivalencia de fracciones.

Idea rectora de la parte

El principio del palomar demuestra colisiones sin construir un ejemplo.

Error a evitar

Confundir implicación con equivalencia lógica.

Conexión con IA

Los grafos de cómputo, la búsqueda en árbol y las GNN son estructuras discretas; el conteo sostiene la probabilidad que después usa todo modelo generativo.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase