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Recursos para lenguajes gráficos / notación de Penrose / diagramas de Feynman / birdtracks?

Hay una idea en la que me he interesado recientemente y que no parece tener un buen nombre consensuado ("álgebra diagramática"). Se centra en el uso de diagramas bidimensionales de puntos, posiblemente cajas, y flechas, y está relacionada (sin ningún orden en particular) con la teoría de nudos, las categorías monoidales trenzadas, los grupos cuánticos y las álgebras de Hopf, los subfactores, las álgebras planas y la teoría de campos cuánticos (topológicos). Sin embargo, también tiene un aspecto más accesible: puede utilizarse como una notación elegante para trabajar con $\text{Vect}$ (una categoría monoidal trenzada particularmente omnipresente; véase pregunta #6139 ), y al menos un libro de texto ha utilizado una variante de la misma para desarrollar los fundamentos de la teoría de Lie. También está la obra de John Baez Física, topología, lógica y computación: una piedra Rosetta y otra introducción accesible a algunas de estas ideas es el libro de Kock Álgebras de Frobenius y teorías cuánticas de campo 2D . Estas ideas también se han utilizado para entender la mecánica cuántica .

Todo esto es bastante fascinante para mí. Son ideas elegantes y hermosas, y me parece que necesitan urgentemente una unificación y una exposición accesible (algo así como el libro de Selinger Un estudio de los lenguajes gráficos para las categorías monoidales pero tal vez con una inclinación más histórica y/o expositiva). Más allá del documento de Báez, ¿alguien conoce algún recurso así? ¿Dónde puedo aprender más sobre lo que se puede hacer con estos diagramas que no requiera necesariamente un gran bagaje?

Relacionado: ¿Cómo debo texificar estos diagramas?

14voto

Aissen Puntos 131

Me parece muy interesante el área que cubre tu pregunta y estoy deseando ver qué respuestas da la gente. He pensado en complementar mi respuesta, más bien mínima, de hace unos días. En realidad, no estoy aportando ningún trabajo que vincule todas estas ideas, sino que estoy dando algunas referencias útiles para tu búsqueda.

  • Peter Freyd y David Yetter (1989). "Braided Compact Closed Categories with Applications to Low-Dimensional Topology". Advances in Mathematics 77: 156-182.

  • A. Joyal y R. Street, The geometry of tensor calculus, Advances in Math. 88 (1991) 55-112

  • André Joyal y Ross Street. "La geometría del cálculo tensorial II". Synthese Lib 259: 29-68.

  • André Joyal, Ross Street, Dominic Verity (1996). "Traced monoidal categories". Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 3: 447-468.

  • De hecho, muchas cosas por Calle Ross

  • Teoría Functorial de Nudos: Categorías de enredos, coherencia, deformaciones categóricas e invariantes topológicas (Series on knots & everything) de David N. Yetter (Autor)

  • Muchas obras de Bob Coecke y Samson Abramsky (por ejemplo, el álgebra de Temperley-Lieb: De la teoría de nudos a la lógica y la computación a través de la mecánica cuántica) son ciertamente accesibles.

  • El Catsters canal de youtube, especialmente las presentaciones sobre diagramas de cuerdas

  • Cajas funcionales en diagramas de cadenas por Paul-Andre Mellies Charla invitada en la conferencia Computer Science Logic 2006 en Szeged, Hungría. Lecture Notes in Computer Science 4207, Springer Verlag.

  • Masahito Hasegawa, Martin Hofmann y Gordon Plotkin Los espacios vectoriales de dimensión finita son completos para las categorías monoidales simétricas trazadas

La mayoría de estas referencias cubren la línea de la categoría Tensor/Monoidal. Ciertamente he visto otros trabajos, pero estoy menos familiarizado con ellos.

11voto

Aissen Puntos 131

Para la elaboración de los diagramas en LaTeX, Tikz es extremadamente versátil y utilizable. Yo empezaría por ahí.

8voto

Jon Galloway Puntos 320

Me sumo al voto de supercooldave por TikZ.

Para las aplicaciones a la teoría de nudos, el libro más largo de Kassel es estupendo, al igual que su libro corto con Rosso y Turaev sobre grupos cuánticos y nudos. El libro de Kauffman Nudos y Física también tiene algunas partes bonitas.

Deberías asegurarte de leer el artículo original de Penrose donde introdujo la notación: R. Penrose. Applications of Negative Dimensional Tensors. Matemáticas combinatorias y sus aplicaciones . D.J.A. Welsh, ed. Mathematical Institute, Oxford, Academic Press, Londres, 1971. pp. 221-244.

Por supuesto, para el álgebra (lineal), está el libro de Cvitanovic. Lo llamo un libro de "álgebra lineal" de la misma manera que la forma correcta de entender gran parte de la teoría del álgebra de Lie es como álgebra lineal a nivel de postgrado .

Creo que Joyal y Street son los nombres correctos para demostrar que los diagramas planares capturan exactamente la teoría de la categoría monoidal. Así que los lenguajes diagramáticos no son sólo para Vect, sino para casi cualquier categoría.

Para precisar el último comentario, hace poco fui a una charla de Bruno Vallette sobre "properads". Uno de sus puntos era que tales cosas (una mezcla entre props y operads) por un lado pueden capturar básicamente cualquier estructura algebraica que se quiera, y por otro lado se describen naturalmente con estos gráficos y diagramas.

8voto

Patrick Puntos 116

He estado trabajando en una interfaz gráfica de usuario para la composición de diagramas tensoriales/monoidales en TikZ.

http://tikzit.sourceforge.net/

Está especialmente orientado a las aplicaciones a la mecánica cuántica, en concreto a los diagramas de Frobenius para observables complementarios (Coecke, Duncan, arXiv:0906.4725) y estados enredados (Coecke, yo, arXiv:1002.2540).

Teniendo en cuenta la lista bastante extensa de Dave sobre lo que hay en el lado monoidal de las cosas, sólo puedo refinar lo que ha dicho.

El breve libro de Bob Coecke (o el largo documento :-P) "Categories for the Practising Physicist" ofrece un desarrollo bastante suave desde los principios físicos, pasando por la notación de Dirac para la MC, hasta la notación gráfica, explicando algunas de las intuiciones por el camino.

http://web.comlab.ox.ac.uk/people/Bob.Coecke/ctfwp1_final.pdf

Las diapositivas de Ross Street sobre las álgebras de Frobenius me parecieron una introducción rápida y fácil (aunque esquemática) al tema:

http://www.maths.mq.edu.au/~street/FAMC.pdf

El periódico contemporáneo (Street. Mónadas de Frobenius y pseudomonoides. J. Math. Phys. (2004) vol. 45 (10) p. 3930) es muy bueno, pero considerablemente más técnico, ya que trabaja en el lenguaje de las categorías superiores.

** editar

Acabo de darme cuenta de que no se ha mencionado el artículo de John, "A Prehistory of n-Categorical Physics". Este pone todo el asunto de la física monoidal/gráfica en un contexto histórico que comienza con Maxwell y pasa por Feynman, Penrose, Mac Lane, Joyal y todos los demás sospechosos habituales. Es largo, pero parece bastante completo.

6voto

e100 Puntos 158

No estoy seguro de si este escrito añade algo a los recursos existentes, pero Jim Blinn, un investigador de gráficos en Microsoft Research ha escrito unas notas de curso sobre diagramas de tensor:

http://research.microsoft.com/apps/pubs/default.aspx?id=79791

Actualización: sospeché que estos diagramas también podrían estar al acecho en las redes bayesianas y otros tipos de modelos gráficos utilizados en el aprendizaje automático. Aunque no estoy 100% seguro de ello, parece que Dan Piponi (aka. sigfpe de "A Neighborhood of Infinity") menciona las redes bayesianas como una posible conexión durante una charla en la Conferencia Internacional de Programación Funcional de 2009.

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