Bachelor's Thesis

Closure spaces

Final Thesis 544.63 kB

Author of thesis: Matyáš Frolík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Josef Šlapal, CSc.

Reviewer: Mgr. Dominik Trnka, Ph.D.

Abstract:

The main objective of this bachelor's thesis is a systematic development of the abstract theory of closure spaces and a demonstration of its unifying character across mathematical disciplines. The text first introduces closure operators axiomatically, including their alternative definitions via Moore's construction and a Galois connection. Within this general framework, classical topological concepts such as interior, boundary, continuity, and algebraicity are subsequently examined. This apparatus is then applied to specific mathematical and information structures. The thesis demonstrates that the topology of metric spaces, the generation of subalgebras, the formation of linear and convex hulls, the construction of the Kleene closure of formal languages, and deduction systems in logic share a common fundamental structure and represent particular cases of a general closure operator. The text thus provides a unifying perspective on these disciplines and establishes a foundation for their further investigation within the context of lattice and category theory.

Keywords:

closure spaces, closure operator, extensionally attainable system, topology, algebraic closure space, linear hull, formal language, deductive closure

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svou práci. Byly přečteny posudky školitele i oponenta. Otázka oponenta: 1. Vysvětleno, proběhla diskuze a vyjasnění, jasné. Diskuze: dr. Hrdina - detaily k náměty k práci, proběhla smysluplná diskuze

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mathematical Engineering (B-MAI-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. (předseda)
doc. Mgr. Jaroslav Hrdina, Ph.D. (místopředseda)
Mgr. Dominik Trnka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Tomášek, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Libor Žák, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Josef Šlapal, CSc.

Student Matyáš Frolík vypracoval vysoce kvalitní bakalářskou práci, která se svojí úrovní blíží spíše práci diplomové. Zadané cíle totiž nejen splnil, ale výrazně překročil podrobným popsáním chování uzávěrových prostorů, zejména prostorů algebraických. Kromě předepsané literatury čerpal i z dalších literárních zdrojů a prokázal, že s odbornou literaturou umí velmi dobře pracovat. Cenným rysem práce je originální a zasvěcený způsob zpracování zadaného tématu. Matyáš Frolík přistoupil k vypracování své balalářské práce velice svědomitě a aktivně, jako vedoucí jsem spíše musel tlumit některé jeho záměry, aby se práce příliš nerozrostla.  Na základě výše uvedených skutečností hodnotím práci stupněm A-výborně. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Dominik Trnka, Ph.D.

Uzávěrové prostory jsou zobecněním standardních topologických prostorů, které nachází uplatnění v univerzální algebře, informatice, abstraktní logice či diskrétní geometrii.

Cíl práce:

Cílem práce bylo shrnout základy teorie uzávěrových operátorů a uzávěrových prostorů a představit jejich vztah k výše uvedeným oblastem matematiky a informatiky.

Obsah práce:

První kapitola zavádí pojem uzávěrového prostoru a představuje několik ekvivalentních přístupů k jeho definici. Dále dává návod, jak z libovolného operátoru na podmnožinách nějaké množiny vyrobit uzávěrový prostor.

Druhá kapitola rozvíjí navazující pojmy, jako jsou derivace množiny, vnitřek, hranice či konzistence, a směřuje ke studiu algebraičnosti uzávěrového prostoru.

Třetí kapitola se věnuje zobrazením mezi uzávěrovými prostory, tj. (invertibilním) spojitým zobrazením a jejich vlastnostem.

Čtvrtá kapitola popisuje konkrétní příklady uzávěrových prostorů vycházející ze známých struktur a konstrukcí v oblastech metrických prostorů, univerzální a lineární algebry, geometrie, formálních jazyků a logiky.

Stručné hodnocení práce:

Práce je dobře strukturovaná, čtivá a po odborné stránce precizně zpracovaná; oceňuji zejména ucelené zpracování abstraktního a poměrně pokročilého tématu uzávěrových prostorů a vhodně zvolené příklady ilustrující teorii. Přestože práce vykazuje dílčí nedostatky v typografii, preciznosti některých částí a jasnějším vymezení vlastního přínosu autora vůči použitým zdrojům, jednoznačně splňuje, místy i převyšuje požadavky kladené na bakalářskou práci.

Podrobnější hodnocení práce:

Formulace i důkazy v práci jsou precizní. Téma práce je značně abstraktní a na úrovni bakalářské práce relativně pokročilé. Orientace v množství zavedených pojmů a jejich vlastností rozhodně není triviální. Text dává velmi přístupný a systematický úvod do teorie uzávěrových prostorů.

K obsahu textu mám následující připomínky -Třetí kapitola působí poněkud odděleně od ostatních, zejména tím, že nenašla žádné uplatnění v kapitole čtyři. Bylo by zajímavé zmínit, čemu odpovídají spojitá zobrazení ve výše zmíněných příkladech. V porovnání s prvními třemi kapitolami navíc čtvrté kapitole místy schází podobná míra preciznosti. Na druhou stranu příklady nejsou zatíženy zbytečnými technickými detaily a slouží jako vhodná ilustrace prezentované teorie.

Formální a stylistické připomínky:
Typografická stránka práce vykazuje drobné rezervy. Objevují se například nevhodně rozdělené matematické formule, osamocená písmena na koncích řádků, ne zcela vhodně umístěné symboly konce důkazu či nadbytečné mezery v textu. Poněkud nešťastně působí také označení „OBSAH“ v záhlaví následované bezprostředně nadpisem „Úvod“.

Některá tvrzení v úvodu působí příliš ambiciózně a místy se v textu objevují subjektivně laděné či stylisticky nadbytečné formulace, které nejsou pro matematický text ideální. Osobně mě rušila autorova snaha v každé větě použít jinou částici při formulaci předpokladu věty, jinou spojku či jinou formulaci logické ekvivalence. Pokud se toto objevuje v rámci podobných vět nebo definice, přináší to zbytečné zmatení (Věty 1.26 a 1.28, dále Definice 1.44 a Věta 2.17). Nakonec jsem si ale zvykl.

Faktické připomínky:

* Připomínka 2.27 by podle mého názoru mohla být formulována lépe.

* Termín *univerzální algebra* se standardně používá pro struktury splňující navíc rovnosti termů složených z n-árních operací. V práci se však pojem používá spíše ve smyslu odpovídajícím pojetí v literatuře Closure Spaces and Logic, tedy s prázdnou množinou rovností. Sekci 4.2 by proto prospěla explicitní reference.

* Chyběla mi jasná specifikace toho, které části textu jsou (téměř doslovně) převzaté ze zdrojů, zejména z publikace Closure Spaces and Logic, a v čem konkrétně spočívá (nepochybně existující) vlastní přínos autora.

Osobní doporučení:
Do budoucna bych autorovi doporučil zvážit psaní odborných textů v anglickém jazyce. Dále, jako možné přirozené pokračování práce se nabízí interpretace uzávěrového prostoru jako tzv. monády na kategorii P(X), kde morfismy odpovídají uspořádání. Bylo by zajímavé promyslet, jak tomuto pohledu odpovídají další pojmy zavedené v první kapitole.

Závěr:

Předložená práce jednoznačně splňuje a v některých ohledech i převyšuje požadavky kladené na bakalářskou práci. Navrhuji ji hodnotit klasifikačním stupněm A.

V Brně dne 3. 6. 2026

Dominik Trnka
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1. V jakém smyslu je lineární obal ve vektorovém prostoru speciálním příkladem univerzální algebry a generování? Bylo nutné algebraičnost v sekci 4.3 dokazovat znovu? 2. Připomeňte prosím definici úplného svazu a vysvětlete, proč množina zobrazení {f : P(X) → P(X)} s daným uspořádáním tvoří úplný svaz. 3. Je zřejmé, že ⟨A⟩F v sekci 4.2 skutečně tvoří podalgebru?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová