หลายสิ่งอันดับ

หลายสิ่งอันดับ หรือ ทูเพิล (อังกฤษ: tuple) เป็นวัตถุทางคณิตศาสตร์ชนิดหนึ่ง โดย ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ เป็นลำดับของสิ่ง ${\displaystyle n}$ สิ่ง (เมื่อ ${\displaystyle n}$ เป็นจำนวนเต็มไม่เป็นลบ) โดยที่อันดับของสิ่งต่าง ๆ ในหลายสิ่งอันดับนั้นมีความสำคัญและไม่สามารถสลับที่ได้ คุณสมบัติดังกล่าวนี้เองทำให้หลายสิ่งอันดับแตกต่างจากเซต การเขียนหลายสิ่งอันดับมักเขียนระบุสิ่งต่าง ๆ ในหลายสิ่งอันดับนั้น คั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค และครอบด้วยเครื่องหมายวงเล็บ เช่น ${\displaystyle (2,7,4,1,7)}$ เป็นห้าสิ่งลำดับ ซึ่งแตกต่างจากห้าสิ่งอันดับ ${\displaystyle (7,7,1,2,4)}$ หากหลายสิ่งอันดับนั้นมีสองสิ่ง จะมีชื่อเรียกเฉพาะว่าคู่อันดับ

ในคณิตศาสตร์ หลายสิ่งอันดับสามารถนำไปใช้อธิบายวัตถุทางคณิตศาสตร์ชนิดอื่น ๆ ได้ เช่นเวกเตอร์ ส่วนในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน หลายสิ่งอันดับเป็นชนิดของตัวแปรที่มีความสำคัญ นอกจากนี้แล้วยังพบการใช้หลายสิ่งอันดับในศาสตร์อื่น ๆ เช่น ภาษาศาสตร์^[1] และปรัชญา^[2]

คุณสมบัติ

โดยทั่วไปแล้ว จะกำหนดให้ ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับเท่ากัน ก็ต่อเมื่อสิ่งที่อยู่ในตำแหน่งตรงกันนั้นเท่ากันทั้งหมด นั่นคือ

${\displaystyle (a_{1},a_{2},\ldots ,a_{n})=(b_{1},b_{2},\ldots ,b_{n})}$ ก็ต่อเมื่อ ${\displaystyle a_{1}=b_{1},{\text{ }}a_{2}=b_{2},{\text{ }}\ldots ,{\text{ }}a_{n}=b_{n}.}$

คุณสมบัติดังกล่าวทำให้หลายสิ่งอันดับมีความแตกต่างจากเซต ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้

1. หลายสิ่งอันดับอาจมีแต่ละสิ่งเป็นจำนวนมากกว่าหนึ่งก็ได้ และจำนวนของสิ่งที่แตกต่างกันทำให้หลายสิ่งอันดับเปลี่ยนไป เช่น หลายสิ่งอันดับ ${\displaystyle (1,2,2,3)\neq (1,2,3)}$ แต่เซต ${\displaystyle \{1,2,2,3\}=\{1,2,3\}}$
2. อันดับของสิ่งต่าง ๆ ในหลายสิ่งอันดับนั้นมีความสำคัญและไม่สามารถสลับที่ได้ เช่น หลายสิ่งอันดับ ${\displaystyle (1,2,3)\neq (3,2,1)}$ แต่เซต ${\displaystyle \{1,2,3\}=\{3,2,1\}}$
3. หลายสิ่งอันดับจะมีจำนวนสิ่งไม่เป็นอนันต์ ส่วนเซตนั้นจะมีจำนวนสมาชิกเป็นอนันต์หรือไม่ก็ได้

นิยาม

หลายสิ่งอันดับนั้นสามารถกำหนดนิยามได้หลายแบบโดยที่ยังสอดคล้องกับคุณสมบัติที่ต้องการข้างต้น ดังต่อไปนี้

นิยามด้วยฟังก์ชัน

ในเชิงทฤษฎีเซต อาจนิยาม ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับเป็นฟังก์ชัน F ที่มีโดเมนเป็นเซต X ของตำแหน่งต่าง ๆ ในหลายสิ่งอันดับ และโคโดเมนเป็นเซต Y ของสิ่งต่าง ๆ ในหลายสิ่งอันดับ นั่นคือ นิยามให้ ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ คือ

${\displaystyle (a_{1},a_{2},\dots ,a_{n})\equiv (X,Y,F)}$

เมื่อ

${\displaystyle {\begin{aligned}X&=\{1,2,\dots ,n\}\\Y&=\{a_{1},a_{2},\ldots ,a_{n}\}\\F&=\{(1,a_{1}),(2,a_{2}),\ldots ,(n,a_{n})\}\\\end{aligned}}}$

หรืออาจเขียนในรูปลำลองได้เป็น

${\displaystyle (a_{1},a_{2},\dots ,a_{n}):=(F(1),F(2),\dots ,F(n))}$

นิยามด้วยคู่ลำดับซ้อน

ในเชิงทฤษฎีเซตสามารถนิยาม ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับได้อีกวิธีหนึ่ง นั่นคือ การใช้คู่อันดับซ้อน วิธีการนี้สมมติว่ามีการกำหนดนิยามคู่อันดับไว้เรียบร้อยแล้ว จากนั้นนำมาขยายเป็นนิยามของ ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ โดยนิยามแบบเวียนเกิดดังนี้

1. 0-สิ่งอันดับสามารถแทนได้ด้วยเซตว่าง ${\displaystyle \emptyset }$
2. ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ เมื่อ ${\displaystyle n>0}$ นิยามให้เป็นคู่อันดับที่มีสมาชิกตัวหน้าเป็นสิ่งสิ่งแรก และสมาชิกตัวหลังเป็น ${\displaystyle (n-1)}$-สิ่งอันดับของสิ่งที่เหลือ นั่นคือ

   ${\displaystyle (a_{1},a_{2},a_{3},\ldots ,a_{n})=(a_{1},(a_{2},a_{3},\ldots ,a_{n}))}$

เมื่อใช้นิยามนี้แบบเวียนเกิดจะได้ว่า

${\displaystyle (a_{1},a_{2},a_{3},\ldots ,a_{n})=(a_{1},(a_{2},(a_{3},(\ldots ,(a_{n},\emptyset )\ldots ))))}$

ตัวอย่างเช่น

${\displaystyle {\begin{aligned}(1,2,3)&=(1,(2,(3,\emptyset )))\\(1,2,3,4)&=(1,(2,(3,(4,\emptyset ))))\\\end{aligned}}}$

หรืออาจกำหนดนิยามในทิศทางตรงข้ามก็ได้ ดังนี้

1. 0-สิ่งอันดับสามารถแทนได้ด้วยเซตว่าง ${\displaystyle \emptyset }$
2. ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ เมื่อ ${\displaystyle n>0}$ นิยามให้เป็นคู่อันดับที่มีสมาชิกตัวหลังเป็นสิ่งสิ่งสุดท้าย และสมาชิกตัวหน้าเป็น ${\displaystyle (n-1)}$-สิ่งอันดับของสิ่งที่เหลือ นั่นคือ

   ${\displaystyle (a_{1},a_{2},a_{3},\ldots ,a_{n})=((a_{1},a_{2},a_{3},\ldots ,a_{n-1}),a_{n})}$

เมื่อใช้นิยามแบบเวียนเกิดจะได้ว่า

${\displaystyle (a_{1},a_{2},a_{3},\ldots ,a_{n})=((\ldots (((\emptyset ,a_{1}),a_{2}),a_{3}),\ldots ),a_{n})}$

ตัวอย่างเช่น

${\displaystyle {\begin{aligned}(1,2,3)&=(((\emptyset ,1),2),3)\\(1,2,3,4)&=((((\emptyset ,1),2),3),4)\\\end{aligned}}}$

นิยามด้วยเซตซ้อน

เมื่อนำนิยามข้างต้นมาประกอบกับ นิยามคู่อันดับของคูระทาวสกี จะได้นิยามของ ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ ที่เป็นนิยามในรูปทฤษฎีเซตแท้ ดังนี้

1. 0-สิ่งอันดับสามารถแทนได้ด้วยเซตว่าง ${\displaystyle \emptyset }$
2. กำหนดให้ ${\displaystyle x}$ เป็น ${\displaystyle n}$-สิ่งอันดับ ${\displaystyle (a_{1},a_{2},\ldots ,a_{n})}$ และกำหนดให้ ${\displaystyle x\rightarrow b\equiv (a_{1},a_{2},\ldots ,a_{n},b)}$ จะได้ว่า ${\displaystyle x\rightarrow b\equiv \{\{x\},\{x,b\}\}}$ (เรียกว่า ${\displaystyle x}$ เชื่อมกับ ${\displaystyle b}$)

ตัวอย่างเช่น

${\displaystyle {\begin{array}{lclcl}()&&&=&\emptyset \\&&&&\\(1)&=&()\rightarrow 1&=&\{\{()\},\{(),1\}\}\\&&&=&\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\}\\&&&&\\(1,2)&=&(1)\rightarrow 2&=&\{\{(1)\},\{(1),2\}\}\\&&&=&\{\{\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\}\},\\&&&&\{\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\},2\}\}\\&&&&\\(1,2,3)&=&(1,2)\rightarrow 3&=&\{\{(1,2)\},\{(1,2),3\}\}\\&&&=&\{\{\{\{\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\}\},\\&&&&\{\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\},2\}\}\},\\&&&&\{\{\{\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\}\},\\&&&&\{\{\{\emptyset \},\{\emptyset ,1\}\},2\}\},3\}\}\\\end{array}}}$