CW复形

CW复形，又称胞腔复形，在拓扑学上属于拓扑空间之一类，由J.H.C.怀特海德引入，用于同伦理论。其思想是构造一类空间，比单纯复形更为广泛（我们现在可以说，有更好的范畴论属性）；但还要保留组合的本质，因此计算方面的考虑没有被忽略。

**形式表述**
粗略地说，CW复形由称作胞腔的基本元件组成。其精确定义规定胞腔如何在拓扑意义上“粘合”。CW复形名称中的“C”代表“闭有限”（closure-finite），而“W”则代表“弱拓扑”（weak topology）。
单个  维闭胞腔是指  维闭球在贴映射下的像。例如，每个单纯形都是一个闭胞腔，或更一般地，每个凸多面体都是一个闭胞腔。单个  维开胞腔则是一个同胚于  维开球的拓扑空间。零维的开（或闭）胞腔是指一个单元素空间。而“闭有限”条件要求每个闭胞腔都可由有限个开胞腔所覆盖。
CW复形是一个豪斯多夫空间 ，连同一个将  划为开胞腔（维度不必统一）的划分，并满足以下性质：- 对  的划分中的任意一个  维开胞腔 ，存在一个从  维闭球到  的连续映射 ，使得：
**  限制在闭球的内部上是到胞腔  的同胚，且
** 闭球的边界在  下的像包含于  的划分中的有限个维度小于  的元素的并集内。-  的闭子集即是与每一个开胞腔交于闭集（相对于开胞腔本身的拓扑）的集合（ 的拓扑为所有开胞腔的并的弱拓扑）。

**相对CW复形**
笼统地说，相对CW复形与CW复形的区别在于它容许一个额外的、不须带有任何胞腔结构的组件。遵照上文的定义，这个组件被视作负一维胞腔。

**CW复形的归纳法定义**
如果一个CW复形中胞腔的维度最大为 ，那幺我们称这个CW复形是  维的。若胞腔的维度没有上限，那幺我们说这个CW复形是无穷维的。CW复形的  维骨架是指所有维度不超过  的胞腔的并。如果这个并集是闭集，那幺它本身就是一个CW复形，称为原复形的子复形。因此，CW复形的  维骨架是维度不超过  的最大子复形。
CW复形常常由其各个维度上的骨架通过归纳来定义。首先定义0维骨架为离散空间。紧接着将1维胞腔黏着到0维骨架上。这一步先将每个1维胞腔先视作1维闭球，然后通过某个从这个闭球的边界——即0维球面  ——到0维骨架的连续影射贴合。 上的每一点都与其在该映射下的像与0维骨架上的某一点等同；这构成一个等价关系。如此，1维骨架就定义成0维骨架和所有1维胞腔的并、再模去此等价关系后的商空间。
概括而言，给定  维骨架， 维骨架是由在此基础上黏着  维胞腔得到。每个  维胞腔同样先视作  维闭球，然后通过某个从这个闭球的边界——即  维球面  ——到  维骨架的连续影射贴合。 上的每一点都与其在该映射下的像与  维骨架上的某一点等同；这同样构成一个等价关系。这样， 维骨架就定义成  维骨架和所有  维胞腔的并、再模去此等价关系后的商空间。
在同构意义上，每个  维CW复形都可依此由其  维骨架构造而成，因此每个有限维CW复形都能按以上方法构造。甚至对于无穷维CW复形也成立，只要借助拓扑空间的归纳极限来描述以上无穷过程的结果，这个结论也是对的：在极限的集合  中，子集是闭集当且仅当它与每一个骨架都交于闭集（相对于骨架本身的拓扑）。

**例子**
 实数集  上的标准CW结构中的0维骨架为整数集 ，而1维胞腔则是区间  。相似地，在  上的标准CW结构中的胞腔是  的0维和1维胞腔的积。- 多面体带有自然的CW复形结构。- 图是一维CW复形。- 无穷维希尔伯特空间不是CW复形：它是一个贝尔空间（见贝尔纲定理），因此不能写成其  维骨架的并，因每个骨架都是闭集且内部为空。这个论证也可引申到许多无穷维空间。-  维球面容许一个只有两个胞腔的CW结构：一个0维胞腔和一个  维胞腔，依靠从  到0维胞腔的常映射黏着。另外一个替代的胞腔分解也很受欢迎，因赤道包含映射  的补集恰好是两个球：上半球和下半球。由归纳法可得  的一个CW分解，每个维度  上恰好有两个  维胞腔。-  维实射影空间容许一个CW结构，每个维度  上恰好有一个  维胞腔。- 格拉斯曼流形容许一个CW结构，其胞腔称作舒伯特胞腔.- 微分流形、代数和射影簇都同伦于CW复形。- 空间  同伦于CW复形（甚至是可收缩的），但不容许任何CW结构，因其不是局部可收缩的。- Hawaiian earring是不同伦于CW的拓扑空间的一例。

**CW复形的同调与上同调**
CW复形的奇异同调（或上同调）可以通过胞腔同调计算。此外，在CW复形和胞腔映射的范畴内，胞腔同调可以解读成一种同调论。如要计算CW复形的广义（上）同调，Atiyah–Hirzebruch spectral sequence谱序列是胞腔同调的一个类比。
以下是一些计算的实例：- 对于球面 ，取只带有一个0维胞腔和一个  维胞腔的分解。胞腔链复形  与同调皆为
:
因为所有微分算子皆为零（实际上，上链复形与上同调亦然）。或者，如果我们取赤道分解，使得每个维度上各有两个胞腔，那幺
:
而微分算子是形为  的矩阵。这个复形给出的同调与以上计算一致，因为复形在除  与  项外都是正合的。- 对于复射影空间  ，可以相似地算得
:
之所以这两例中计算都尤其简单，是因为同调完全由胞腔数目确定——换言之，胞腔的黏着映射在计算中没有扮演任何角色。这个现象只是特例，在一般情况下并不成立。

**同伦范畴**
在某些专家眼中，CW复形的同伦范畴即使不是唯一的同伦范畴（基于技术原因，实际使用的版本是带基点的空间），也是同伦范畴的最佳候选。因此，可能会得出非CW复形的空间的辅助构造需尽量避免。在这方面的基本结论是布朗可表性定理：同伦范畴上的可表函子可以借助CW复形来相当精简地刻画。

**性质**
CW复形是局部可收缩的。- CW复形满足怀特黑德定理：CW复形之间的映射是同伦等价当且仅当在所有同伦群上都诱导出同构。- 两个CW复形的积可以转化成一个CW复形。具体而言，设  和  为CW复形，那幺  上容许一个CW复形的结构，其胞腔即  中的胞腔与  中胞腔的积，并配备弱拓扑。不出所料，这个新的CW复形的底集合就是  本身。此外，多数情况下弱拓扑与  上的积拓扑一致，例如当  或  之一是有限CW复形（或更一般地，当它们之一是局部有限的，也即在每个维度它有有限个胞腔）。然而，如果  和  皆非局部紧，弱拓扑可能比积拓扑更精细。在这种不利的情形下，两个复形的积（作为拓扑空间）  不是一个CW复形。另一方面， 和  在紧生成空间范畴中的积的拓扑与弱拓扑一致，因此确实定义出一个CW复形。- 设  和  为CW复形。函数空间  （带紧致开拓扑）一般不是CW复形。若  是有限CW复形，那幺  同伦等价于一个CW复形；这是由于约翰·米尔诺的一个定理 (1959)。 注意到  和  都是紧生成豪斯多夫空间，因此  常常取其紧生成的变种；以上结论对于这个变种仍然成立。- CW复形的覆叠空间也是CW复形。- CW复形是仿紧空间，而有限CW复形是紧空间。CW复形的紧子空间必定包含于一有限子复形内。

**参考文献**

**注释**

**综合参考**
dead-url=no (open access)
*dead-url=no (open access)
*cite book|ref=harv|last=Hatcher|first=Allen|authorlink=Allen Hatcher|title=Algebraic topology|url=https://archive.org/details/algebraictopolog0000hatc|publisher=Cambridge University Press|year=2002|isbn=0-521-79540-0 该教材在第一章定义了CW复形，且对它们的使用贯穿全书；书末有一节关于CW复形的拓扑的附录。免费电子版本可见 作者的网站date=20060421094847 。
*cite book|ref=harv|first1=A. T.|last1=Lundell|first2=S.|last2=Weingram|title=The topology of CW complexes|publisher=Van Nostrand University Series in Higher Mathematics|year=1970|isbn=0-442-04910-2- cite book| ref=harv|first1= R.|last1= Brown|first2=P.J. | last2= Higgins| first3= R. | last3= Sivera|title= Nonabelian Algebraic Topology:filtered spaces, crossed complexes, cubical homotopy groupoids| url=https://archive.org/details/nonabelianalgebr0000brow| publisher= European Mathematical Society Tracts in Mathematics Vol 15| year=2011| isbn=978-3-03719-083-8  更多细节请见 第一作者的网站date=20160612211011