代数 [代数]

代数结构是数学中一类最基本和重要的结构.

在传统中, 一种代数由运算和等式定义.

在范畴论 (范畴逻辑学) 中, 有许多精神相通而不尽相同的 “元理论”, 刻画何为 “一种代数”:

它们能表达的理论类型, 以及模型所能取值的范畴都各有不同.

而上述每种 “元理论” 又可以放入如下的统一框架中 (参考藤井宗一郎):

定义 (元理论).

  • 一个元理论 (metatheory) 是一个幺半范畴 $\mathcal M$.
  • 元理论 $\mathcal M$ 中的一个理论 (theory) 是其中的一个结合代数 $T$.

例.

定义 (模型).

对于元理论 $\mathcal M$, 理论 $T\in\mathsf{Alg}(\mathcal M)$ 与范畴 $\mathcal C$,

  • 固定 $\mathcal C$ 在 $\mathcal M$ 中的一个 “充实” 结构, 严格地说是一个 $\mathcal M$-充实范畴 $\mathcal D$ 以及一个在对象的生象层面为等价函子 $\mathcal C \to \mathcal D_0$, 其中 $\mathcal D_0$ 代表 $\mathcal D$ 的底层范畴, 其态射生象为 $\operatorname{Hom}_{\mathcal D_0}(A,B) = \operatorname{Hom}_{\mathcal M}(1,\underline{\operatorname{Hom}}(A,B))$.
  • 那么对于 $c\in\mathcal C$, 有 $\underline{\operatorname{End}}(c)\in\mathsf{Alg}(\mathcal M)$ 为结合代数.
  • 此时定义范畴 $\mathcal C$ 中的一个 $T$-模型是 $\mathcal M$ 中的一个结合代数同态 $T \to \operatorname{End}(c)$. $T$-模型的范畴为 $$ \mathsf{Mod}_{\mathcal C}(T) := $$