Concept·Foundations of Mathematics

同伦类型论

Homotopy Type Theory
数学基础已审核1 条定义4 条关系更新于 2026-11-04
别名HoTT同伦类型论univalent foundations

同伦类型论把类型解释为空间、项解释为点、等词类型 解释为道路空间; 在此解释下同伦等价对应类型等价,Voevodsky 的单价公理使「等价即相等」成为可形式化的原则。

定义

Definitions
1 条

同一概念可以拥有多条定义:它们可能刻画同一对象的不同侧面(例如标准定义与范畴论刻画)。 每条定义都有独立页面与来源。

同伦类型论的类型—空间对应

The Types-as-Spaces Correspondence
待审核

在马丁–洛夫类型论的同伦解释下:

  • 类型 解释为空间(同伦类型);
  • 项 解释为该空间的点;
  • 等词类型 解释为从 到 的道路空间;
  • 等词的证明 解释为一条道路; 解释为同伦。

类型等价(存在双向映射且两复合同伦于恒等)对应同伦等价。 单价公理断言等价与相等本身等价:

成立条件

  • 在马丁–洛夫类型论(MLTT)的框架内

  • 单价公理是额外公理,不是 MLTT 的定理

适用对象

类型论同伦类型

定义解释

这一对应不是把类型「看成」集合,而是把类型「看成」空间: 等词类型具有道路空间的结构,因此相等本身可以携带高阶信息(两条相等之间的相等、等等)。 单价公理把「同构的对象可以互相替换」这一数学实践变成可形式化的原则。

参考来源:1 条(见定义页)

前置概念

Prerequisites
2 条

严格数学前置指「定义中直接使用了对方」;学习前置是教学顺序建议,二者可能不同。 所有前置概念都可以点击跳转,并可逐层递归展开。

B学习前置

暂无额外学习前置;上列的数学前置同时也是学习起点。

多层前置(最多展开三层,点击三角展开)

同伦等价Homotopy Equivalence数学前置
连续映射Continuous Map数学前置
拓扑空间Topological Space数学前置
拓扑空间Topological Space数学前置
同伦Homotopy数学前置
连续映射Continuous Map数学前置仍有更深前置,可在对应概念页继续
拓扑空间Topological Space数学前置
同伦类型Homotopy Type数学前置
同伦等价Homotopy Equivalence数学前置
连续映射Continuous Map数学前置仍有更深前置,可在对应概念页继续
拓扑空间Topological Space数学前置
同伦Homotopy数学前置仍有更深前置,可在对应概念页继续

思想动机

Motivation
01原本存在的问题

类型论中的相等是语法性的(definitional / propositional equality), 而数学实践大量使用「在等价意义下相同」:同构的群、同伦等价的空间应当可以互相替换。

02原有理论的不足

把类型读成集合时,等词类型只是相等关系,同构的对象并不相等, 因此需要大量「transport」式的手工搬运,且这些搬运本身没有原则性的地位。

03为什么需要引入新概念

用同伦论解释类型论:类型是空间,等词类型是道路空间,类型的等价(等价于同伦等价) 由单价公理提升为相等。

04新概念解决了什么

得到一套「同伦不变」的数学基础:等价的对象可以相互替换,且这一原则可以被证明助手检查。 同伦类型论同时成为 -范畴与高阶结构的内部语言。

关系网络

Relations
4 条

关系按类型分开记录:逻辑依赖、学习顺序、推广与特例、应用、思想联系、历史影响。 下图以本概念为中心,点击节点可展开邻居,双击节点打开对应概念页。

局部关系图以「同伦类型论」为中心 · 悬停连线可查看关系类型
  • 数学前置依赖
  • 学习前置
  • 推广
  • 特殊情形
  • 等价
  • 构造自
  • 应用于
  • 在……下不变
  • 思想联系
  • 思想启发
  • 历史影响
  • 同伦论
  • 代数拓扑
  • 一般拓扑
  • 群论
  • 范畴论与同调代数
  • 数学基础
  • 几何群论

在全局关系图中查看 →

逻辑与结构关系Logical / structural

由数学定义本身决定的关系:谁依赖谁、谁推广谁、谁与谁等价。这类关系与学习者无关。

数学前置依赖requires
同伦类型Homotopy Type数学前置依赖已审核

同伦类型论把每个类型解释为同伦类型;没有同伦类型的概念,就没有类型—空间对应。

来源:Univalent Foundations Program 2013

同伦等价Homotopy Equivalence数学前置依赖已审核

类型等价被定义为存在双向映射且两复合同伦于恒等,这逐字对应同伦等价。

来源:Univalent Foundations Program 2013

思想联系Conceptual connection

不构成严格逻辑依赖,但在思想史或方法论上互相照亮的关系。

思想联系conceptual_connection
模型范畴Model Category思想联系已审核

两者都试图为「同伦结构」提供基础语言:模型范畴是外部的范畴论框架,同伦类型论是内部的类型论语言。

来源:Hovey 1999、Univalent Foundations Program 2013

思想启发inspired_by
基本群胚Fundamental Groupoid思想启发待审核

把类型读成群胚(从而读成空间)的模型来自同伦论中的群胚思想;这条线索使「类型即空间」成为可验证的数学陈述,而不只是比喻。

来源:Univalent Foundations Program 2013

历史脉络

History
2 条

时间线中的每个事件都关联文献来源;标注「待审核」表示书目信息尚未完全核对。

  1. 1983

    Grothendieck 的《Pursuing Stacks》与同伦假设

    Alexander Grothendieck

    Grothendieck 在未正式出版的手稿《Pursuing Stacks》中提出以 -群胚刻画同伦型的纲领 (即「同伦假设」),并倡议发展高阶范畴与同伦代数。这条线索后来与同伦类型论的高阶结构观汇合。

    来源:Grothendieck 1983待审核
  2. 2013

    《Homotopy Type Theory》与单价基础

    The Univalent Foundations Program、Vladimir Voevodsky

    《Homotopy Type Theory: Univalent Foundations of Mathematics》出版, 系统阐述类型—空间对应、等词类型作为道路空间、以及单价公理。 这使「同伦等价」从拓扑学的概念变成可以直接在证明助手中形式化的基础原则。

延伸探索

Extensions

从这里出发可以继续探索的方向,按「直接推广 / 理论应用 / 思想联系 / 现代发展」区分。

理论应用

把这里的工具用到其他数学分支中的方向。
同伦类型

同伦类型论把「同伦类型」提升为类型论的基本对象:每个类型都自动带有同伦结构。

Univalent Foundations Program 2013

思想联系

问题意识或方法论上的呼应,不一定是形式化依赖。
同伦等价

类型等价被定义为「有同伦逆的映射」,与拓扑中的同伦等价逐字对应。

Univalent Foundations Program 2013

现代发展

当代研究中的活跃方向,通常需要更多预备知识。
模型范畴

模型范畴与同伦类型论是处理同伦结构的两种互补语言:外部范畴论 vs 内部类型论。

Univalent Foundations Program 2013

思想主线

Main Idea
Main Idea

同伦类型论把「空间」与「命题」放在同一层:类型既是集合也是空间,等词既是相等也是道路。 它让同伦论的思想进入逻辑基础,也让「等价即相等」从一条哲学原则变成可计算的公理。

补充笔记

Notes

核心对应

类型论 同伦论
类型 空间
项 点
等词类型 从 到 的道路空间
等词的证明 道路
等词的等词 同伦
类型等价 同伦等价
单价公理 等价蕴含相等

单价公理

它断言「等价」与「相等」本身是同伦等价的类型。这条公理不是定理,而是额外的公理, 它使同构的对象在类型论内部真正可以互相替换。

状态说明

同伦类型论是活跃的研究领域;本条目只描述其基本对应与动机,不涉及具体的技术细节 (如高阶归纳类型、立方类型论等)。

参考来源

References
3 条
  1. [1]
    The Univalent Foundations Program (2013). Homotopy Type Theory: Univalent Foundations of Mathematics. Institute for Advanced Study.
    专著 · Ch. 2 (同伦与等价)
    https://homotopytypetheory.org/book/已审核
  2. [2]
    Alexander Grothendieck (1983). Pursuing Stacks. 未正式出版的手稿(后由多家机构整理流通).
    手稿 · 手稿,无页码体系
    手稿性质,引用时应说明版本来源。
    待审核
  3. [3]
    Mark Hovey (1999). Model Categories. Mathematical Surveys and Monographs 63, American Mathematical Society.
    专著 · Ch. 1
    已审核