黄博士网: 教育网, AI数学手册计算器软件，电化学虚拟实验室，虚拟电化学工作站，电化学软件首页 | 目录 | 世界 | 学科 | 文科 | 科学 | 数学 | 物理 | 化学 | 医学 | 计算 | 软件 | 帮助 | 打赏

拓扑学

二级学科, 专业名称：拓扑学, 门类/类别：理学学科/类别：数学

在数学里，拓扑学（英语：topology），或意译为"位相几何学", 又称“连续几何学”, "柔性几何", 是一门研究拓扑空间的学科，主要研究空间内，在连续变化（如拉伸或弯曲，但不包括撕开或黏合）下维持不变的性质。在拓扑学里，重要的拓扑性质包括连通性与紧致性。

拓扑学是由几何学与集合论里发展出来的学科，研究空间、维度与变换等概念。这些词汇的来源可追溯至哥特佛莱德·莱布尼兹，他在17世纪提出“位置的几何学”（geometria situs）和“位相分析”（analysis situs）的说法。莱昂哈德·欧拉的柯尼斯堡七桥问题与欧拉示性数被认为是该领域最初的定理。“拓扑学”一词由利斯廷于19世纪提出，虽然直到20世纪初，拓扑空间的概念才开始发展起来。到了20世纪中叶，拓扑学已成为数学的一大分支.

三级学科

▪ 3110:点集拓扑学 ▪ 3115:代数拓扑学 ▪ 3120:同伦论
▪ 3125:低维拓扑学 ▪ 3130:同调论 ▪ 3135:维数论
▪ 3140:格上拓扑学 ▪ 3145:纤维丛论 ▪ 3150:几何拓扑学
▪ 3155:奇点理论 ▪ 3160:微分拓扑学 ▪ 3199:拓扑学其他学科

分支

◾一般拓扑学 - 建立拓扑的基础，并研究拓扑空间的性质，以及与拓扑空间相关的概念。一般拓扑学亦被称为点集拓扑学，被用于其他数学领域（如紧致性与连通性等主题）之中。
◾代数拓扑学 - 运用同调与同伦群等代数结构量测连通性的程度。
◾微分拓扑学 - 研究在微分流形上的可微函数，与微分几何密切相关，并一齐组成微分流形的几何理论。
◾几何拓扑学 - 主要研究流形与其对其他流形的嵌入。几何拓扑学中一个特别活跃的领域为“低维拓扑学”，研究四维以下的流形。几何拓扑学亦包括“纽结理论”，研究数学上的纽结。

应用

生物学

纽结理论是拓扑学的一个分支，用于生物学中，以研究DNA内特定酵素的影响。这些酵素会切断、扭曲且重新连接DNA，形成电泳速率较慢的可观察结果[15]。拓扑学也被用于演化生物学里，以表示表现型与基因型间的关系。基因型的改变对表现型的改变之影响方式，可决定是否只需少数的突变，即可呈现出极为不同的表现型来。

计算机科学

在计算机科学, 拓扑数据分析使用代数拓扑学里的技术，以确认一个集合的大尺度结构（如确认许多点组成的云是球形或环形）。拓扑数据分析使用的主要方法为：
1.将一组数据线以单纯复形替代，并以邻近参数索引。
2.使用代数拓扑学（具体来说，是使用持续同调的理论）分析这些拓扑复形。
3.以参数形式的贝蒂数编码一组数据的持续同调，称之为“条码”。

物理学

在物理学里，拓扑学被用于量子场论及宇宙论等领域。拓扑量子场论（或称拓扑场论）是一个用来计算拓扑不变量的量子场论。虽然拓扑量子场论是由物理学家所发明，但亦与数学相关，与代数拓扑学里的纽结理论及四维流形之理论，以及代数几何里的模空间之理论等，均有关连。唐纳森、琼斯、维腾与孔采维奇等菲尔兹奖得主，其工作均与拓扑场论有关。

在宇宙论里，拓扑学可用来描述宇宙的整体形状。这个领域被称为时空拓扑学。