简单介绍一下拓扑学

简单举例说明拓扑学是什么？~

拓扑学：研究空间、维度与变换等概念的学科

拓扑学：研究空间、维度与变换等概念的学科

拓扑学是几何学的一个分支，主要研究图形在连续变换下不变的性质。

可参看百科的“拓扑”或“拓扑学”条目。我下面引述的例子不多作解释，可以直接查到。

例如，Euler的七桥问题就是一个拓扑学的问题，因为把七桥连成路径，不论桥和路如何连续的变化，都不影响问题的结果，也就是说，这个问题研究的是一个连续变换下不变的性质。

又如，四色定理（地图可用四色着色）是一个拓扑学的问题，因为地图中的区域大小和具体形状在问题中并不重要，都可以连续的变化，不改变地图可以用四色着色这一性质。

所以，在拓扑学的观点下，圆和三角形的性质没有什么区别，轮胎和戒指的性质没有什么区别，因为它们都可以通过连续变换互相得到。

另一方面，研究图形面积的几何就不是拓扑学，因为在连续变换下，面积可以变化。同样的道理，图形的大小、平行、对称、垂直等等都不是拓扑学的研究领域。

可以看到，拓扑学研究的性质对图形的要求很低（一定程度变了形都没关系），所以它的应用范围也就十分广泛，因而成为现代数学的基础之一。以至于许多看起来跟几何图形没多大关系的地方，也可以应用拓扑学的知识。如分析学中就大量使用点集拓扑学的术语和手段。

拓扑学因研究的领域和方法的不同，有一些分支。如一般拓扑学，又称点集拓扑学，是研究一组抽象的“点”（可以是几何上的，也可以不是）的拓扑性质的；代数拓扑学，利用代数学的手段研究拓扑性质，如同伦论和同调论；微分拓扑学，利用分析学的手段（主要是微分）研究拓扑性质；几何拓扑学，研究几何意义明显的东西（成为流形），如扭结；等等。

注：以上的叙述只是介绍，语言都是在数学上不严谨的。实际的拓扑学研究中，像连续、变换、点等概念，都是需要严格定义的。

拓扑学是数学中一个重要的、基础的分支。起初它是几何学的一支，研究几何图形在连续变形下保持不变的性质(所谓连续变形，形象地说就是允许伸缩和扭曲等变形，但不许割断和粘合)；现在已发展成为研究连续性现象的数学分支。由于连续性在数学中的表现方式与研究方法的多样性，拓扑学又分成研究对象与方法各异的若干分支。在拓扑学的孕育阶段，19世纪末，就拓扑已出现点集拓扑学与组合拓扑学两个方向。现在，前者演化为一般拓扑学，后者则成为代数拓扑学。后来，又相继出现了微分拓朴学、几何拓扑学等分支。

在数学上，关于哥尼斯堡七桥问题、多面体的欧拉定理、四色问题等都是拓扑学发展史的重要问题。

哥尼斯堡（今俄罗斯加里宁格勒）是东普鲁士的首都，普莱格尔河横贯其中。十八世纪在这条河上建有七座桥，将河中间的两个岛和河岸联结起来。人们闲暇时经常在这上边散步，一天有人提出：能不能每座桥都只走一遍，最后又回到原来的位置。这个问题看起来很简单有很有趣的问题吸引了大家，很多人在尝试各种各样的走法，但谁也没有做到。看来要得到一个明确、理想的答案还不那么容易。

1736年，有人带着这个问题找到了当时的大数学家欧拉，欧拉经过一番思考，很快就用一种独特的方法给出了解答。欧拉把这个问题首先简化，他把两座小岛和河的两岸分别看作四个点，而把七座桥看作这四个点之间的连线。那么这个问题就简化成，能不能用一笔就把这个图形画出来。经过进一步的分析，欧拉得出结论——不可能每座桥都走一遍，最后回到原来的位置。并且给出了所有能够一笔画出来的图形所应具有的条件。这是拓扑学的“先声”。

在拓扑学的发展历史中，还有一个著名而且重要的关于多面体的定理也和欧拉有关。这个定理内容是：如果一个凸多面体的顶点数是v、棱数是e、面数是f，那么它们总有这样的关系：f+v-e=2。

根据多面体的欧拉定理，可以得出这样一个有趣的事实：只存在五种正多面体。它们是正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体。

著名的“四色问题”也是与拓扑学发展有关的问题。四色问题又称四色猜想，是世界近代三大数学难题之一。

四色猜想的提出来自英国。1852年，毕业于伦敦大学的弗南西斯.格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时，发现了一种有趣的现象：“看来，每幅地图都可以用四种颜色着色，使得有共同边界的国家都被着上不同的颜色。”

1872年，英国当时最著名的数学家凯利正式向伦敦数学学会提出了这个问题，于是四色猜想成了世界数学界关注的问题。世界上许多一流的数学家都纷纷参加了四色猜想的大会战。1878～1880年两年间，著名律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文，宣布证明了四色定理。但后来数学家赫伍德以自己的精确计算指出肯普的证明是错误的。不久，泰勒的证明也被人们否定了。于是，人们开始认识到，这个貌似容易的题目，其实是一个可与费马猜想相媲美的难题。

进入20世纪以来，科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。电子计算机问世以后，由于演算速度迅速提高，加之人机对话的出现，大大加快了对四色猜想证明的进程。1976年，美国数学家阿佩尔与哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿判断，终于完成了四色定理的证明。不过不少数学家并不满足于计算机取得的成就，他们认为应该有一种简捷明快的书面证明方法。

上面的几个例子所讲的都是一些和几何图形有关的问题，但这些问题又与传统的几何学不同，而是一些新的几何概念。这些就是“拓扑学”的先声。@multimore@拓扑性质有那些呢？首先我们介绍拓扑等价，这是比较容易理解的一个拓扑性质。

在拓扑学里不讨论两个图形全等的概念，但是讨论拓扑等价的概念。比如，尽管圆和方形、三角形的形状、大小不同，在拓扑变换下，它们都是等价图形。左图的三样东西就是拓扑等价的，换句话讲，就是从拓扑学的角度看，它们是完全一样的。

在一个球面上任选一些点用不相交的线把它们连接起来，这样球面就被这些线分成许多块。在拓扑变换下，点、线、块的数目仍和原来的数目一样，这就是拓扑等价。一般地说，对于任意形状的闭曲面，只要不把曲面撕裂或割破，他的变换就是拓扑变幻，就存在拓扑等价。

应该指出，环面不具有这个性质。比如像左图那样，把环面切开，它不至于分成许多块，只是变成一个弯曲的圆桶形，对于这种情况，我们就说球面不能拓扑的变成环面。所以球面和环面在拓扑学中是不同的曲面。

直线上的点和线的结合关系、顺序关系，在拓扑变换下不变，这是拓扑性质。在拓扑学中曲线和曲面的闭合性质也是拓扑性质。

我们通常讲的平面、曲面通常有两个面，就像一张纸有两个面一样。但德国数学家莫比乌斯(1790～1868)在1858年发现了莫比乌斯曲面。这种曲面就不能用不同的颜色来涂满两个侧面。

拓扑变换的不变性、不变量还有很多，这里不在介绍。

拓扑问题的一些初等例子：

柯尼斯堡七桥问题(一笔划问题)。一个散步者怎样才能走遍七座桥而每座桥只经过一次?这个18世纪的智力游戏，被L．欧拉简化为用细线画出的网络能否一笔划出的问题，然后他证明了这是根本办不到的。一个网络能否被一笔画出，与线条的长短曲直无关，只决定于其中的点与线的连接方式。设想一个网络是用柔软而有弹性的材料制作的，在它被弯曲、拉伸后，能否一笔画出的性质是不会改变的。

欧拉的多面体公式与曲面的分类。欧拉发现，不论什么形状的凸多面体，其顶点数 、棱数 、面数 之间总有 这个关系。由此可证明正多面体只有五种。如果多面体不是凸的而呈框形（图33），则不管框的形状如何，总有 。这说明，凸形与框形之间有比长短曲直更本质的差别，通俗地说，框形里有个洞。

在连续变形下，凸体的表面可以变成球面，框的表面可以变成环面（轮胎面）。这两者都不能通过连续变形互变（图34）。在连续变形下封门曲面有多少种不同类型？怎样鉴别他们？这曾是19世纪后半叶拓扑学研究的主要问题。

纽结问题。空间中一条自身不相交的封闭曲线，会发生打结现象。要问一个结能否解开（即能否变形成平放的圆圈），或者问两个结能否互变（如图35中两个三叶结能否互变）。同时给出严格证明，那远不是件容易的事了。

布线问题（嵌入问题）。一个复杂的网络能否布在平面上而又不自相交叉？做印制电路时自然会碰到这个问题。图36左面的图，把一条对角线移到方形外面就可以布在平面上。但图37中两个图却无论怎样移动都不能布在平面上。1930年K "库拉托夫斯基证明，一个网络是否能嵌入平面，就看其中是否不含有这两个图之一。

以上这些例子说明，几何图形还有一些不能用传统的几何方法来研究的性质。这些性质与长度、角度无关，它们所表现的是图形整体结构方面的特征。这种性质就是图形的所谓拓扑性质。

拓扑学：研究空间、维度与变换等概念的学科

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常山县15974994290： 拓扑学是个什么样的学科? - ？
博邓盐酸：[答案] 拓扑学,是近代发展起来的一个研究连续性现象的数学分支.中文名称起源于希腊语Τοπολογία的音译.Topology原意为地貌,于19世纪中期由科学家引入,当时主要研究的是出于数学分析的需要而产生的一些几何问题.发展至今,拓扑学主要研究拓扑...

常山县15974994290： 什么是拓扑学 - ？
博邓盐酸： 拓扑学的英文名是Topology,直译是地志学,也就是和研究地形、地貌相类似的有关学科.我国早期曾经翻译成“形势几何学”、“连续几何学”、“一对一的连续变换群下的几何学”,但是,这几种译名都不大好理解,1956年统一的《数学名...

常山县15974994290： 拓扑是什么学问? ？
博邓盐酸： 拓扑是几何学的一个分支,而且是一门非常有趣的学问.还记得我们在前面讨论过的哥尼斯堡七桥问题吗.它可是为拓扑学的发展侮出了很大贡献.虽然说拓扑学的历史很...

常山县15974994290： 拓扑学 - 简单解释“拓扑学简单解释什么叫做拓扑学” ？
博邓盐酸： 有一种只研究图形各部分位置的相对次序,而不考虑它们尺寸大小的新的几何学,叫做拓扑学.有时人们也称它是橡皮膜上的几何学.因为橡皮膜上的图形,随着橡皮膜的拉动其长度、曲直、面积等等都将发生变化,但也有一些图形的性质保持不变.例如点变化后仍然是点;线变化后依旧是线;相交的图形绝不因橡皮的拉伸和弯曲而变得不相交!拓扑学正是研究诸如此类,使图形在橡皮膜上保持不变的性质.在这种几何中,扭曲和拉长,但不包括撕开或接合下称为拓扑变换.图形在拓扑变换下保持不变的性质,称为图形的拓扑性质.

常山县15974994290： 拓扑学的是什么 - ？
博邓盐酸： 拓扑学是几何学的一个分支,但是这种几何学又和通常的平面几何、立体几何不同.通常的平面几何或立体几何研究的对象是点、线、面之间的位置关系以及它们的度量性质.拓扑学对于研究对象的长短、大小、...

常山县15974994290： 解释一下拓扑学是什么意思(简单点)？
博邓盐酸： 拓扑学,也就是和研究地形、地貌相类似的有关学科.

常山县15974994290： 拓扑学是什么?干什么用的?在计算机领域又有什么功能? - ？
博邓盐酸： 拓扑学2113(topology)是研究几何图形或空间在5261连续改变形状后还能保持不变的一些性质的学4102科.它只考虑物体间的位置关系1653而不考虑它们的形状和大小.在拓扑学里,重要的拓扑性质包括连通性与紧致性. 拓扑学的用途:体现在它与其他数学分支、其他学科的相互作用.拓扑学在泛函分析、实分析、群论、微分几何、微分方程其他许多数学分支中都有广泛的应用. 在计算机领域的功能:拓扑的特点是从表面现象抽象出其背后的数学结构.一个最简单的例子是计算机中常用的图论.拓扑学中有一条定理:任何一个群G都有一个图,使得这个图的基本群为G.还有就是你可以把图看成胞腔复形的一维骨架,这样的话代数拓扑的工具就可以使用了.

常山县15974994290： 拓扑学主要研究什么? - ？
博邓盐酸： 拓扑学是一种几何学,按照埃尔朗根纲领的说法,几何学是研究几何变换下的不变性的~ 例如,我们高中学的几何学是研究几何图形在刚体运动(旋转,平移,对称)下不变的性质和不变量~ 而对于拓扑学相应的变换是拓扑变换,简单的说,就...

常山县15974994290： 网络拓扑图(关于网络拓扑图的基本详情介绍) ？
博邓盐酸： 1、拓扑学(TOPOLOGY)是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法.2、网络拓扑是由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图.3、在选择拓扑结构时,主要考虑的因素有:安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度、通信介质发生故障时,受到影响的设备的情况.

常山县15974994290： 拓扑学我没学过 请高人概括的说一下他究竟讲的是什么 谢谢了 - ？
博邓盐酸： 和文章中说的一样,拓扑学主要研究拓扑空间在拓扑变换下的不变性质和不变量 不过如果是学习的话,实际上主要是在学习高度抽象概括的分析学,仅仅用开集的概念刻画分析中比如连续,收敛等等一系列概念,然后逐渐入深,研究各种同胚不变量什么的