Concept·Foundations of Mathematics
同伦类型论
Homotopy Type Theory
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 a=Ab 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。
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。
The Types-as-Spaces Correspondence
待审核在马丁–洛夫类型论的同伦解释下:
- 类型 A 解释为空间(同伦类型);
- 项 a:A 解释为该空间的点;
- 等词类型 a=Ab 解释为从 a 到 b 的道路空间;
- 等词的证明 p:a=Ab 解释为一条道路;p=q 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:
ua:(A≃B)≃(A=B).
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)
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
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 (∞,1)-范畴与高阶结构的内部语言。
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。
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
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。
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
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。
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
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。
核心对应
| 类型论 |
同伦论 |
| 类型 A |
空间 |
| 项 a:A |
点 |
| 等词类型 a=Ab |
从 a 到 b 的道路空间 |
| 等词的证明 p:a=Ab |
道路 |
| 等词的等词 p=q |
同伦 |
| 类型等价 A≃B |
同伦等价 |
| 单价公理 |
等价蕴含相等 |
单价公理
ua:(A≃B)≃(A=B).
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)。
- [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]
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]
Mark Hovey (1999). Model Categories. Mathematical Surveys and Monographs 63, American Mathematical Society.
专著 · Ch. 1
已审核