Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Аксиоматизация матроида рангами

398 байт добавлено, 18:54, 19 мая 2015
м
Приведено в соответствие с коррективами куратора.
{{Теорема|about= об аксиоматизации матроида рангамиЛемма|statement= Пусть некоторая функция <tex>r: 2^X B \to subset A \{0\} \cup \mathbb{N}</tex>, где <tex>subseteq 2^X</tex> - конечное непустое множество, удовлетворяет условиям: <br>(r.1) <tex> 0 \le r(AB) \le = |AB| </tex> <br>(r.2) , и <tex> A \in setminus B = \to r(A) {p_1, \ldots p_t\le }</tex>. Если <tex>r(B\cup p_i) = |B|</tex> <br>(r.3) для любого <tex>\forall Ai = 1, B \subset Xldots ,t</tex> , то <tex>r(A \cup B) + r(A \cap = |B) \le r(A) + r(B)|</tex> <br>Тогда |proof=:По индукции: предположим, что <tex>r(B \cup p_1 \cup \ldots \cup p_j) = |B|</tex> является ранговой функцией однозначно определенного матроида на для некоторого <tex>Xj = 1, \ldots ,t-1</tex>. Тогда, применяя (2) и (3), получаем: <br>|proof= Подмножество :<tex>I |B| = r(B) \leqslant r(B \cup p_1 \cup \ldots \cup p_j+1) \subseteq 2^X</tex> назовем <tex>leqslant r(B \cup p_1 \cup \ldots \cup p_j) + r</tex>(B \cup p_j+1) -независимым, если выполняется <tex>r(IB) = |IB| + |B| - |B| = |B|</tex>. Обозначим через <texbr>\mathcal{I}</tex> множество всех :Следовательно, <tex>r</tex>-независимых подмножеств из <tex>2^X(B \cup p_1 \cup \ldots \cup p_j+1) = |B|</tex>. Докажем Переход доказан, а значит, что <tex>r(B \cup p_1 \mathcal{I}cup \ldots \cup p_t) = |B|</tex> удовлетворяет аксиомам независимого множества 1, 2 и 3:. <br>}}
* 1) В силу (r.1) выполняется <tex>r(\emptyset)=0</tex>, следовательно <tex> \emptyset \in \mathcal{I}</tex><br>
* 2) {{Теорема|about= об аксиоматизации матроида рангами|statement= Пусть некоторая функция <tex> I r: 2^X \to \{0\} \in cup \mathcalmathbb{IN}</tex> и , где <tex>J \subseteq I2^X</tex>. Предположим от противного{{---}} конечное непустое множество, что удовлетворяет условиям: <br># <tex>0 \leqslant r(JA) < \leqslant |JA|</tex>. Тогда, используя # <tex> A \in B \to r(A) \leqslant r.1(B) и (r</tex>.3)# <tex>\forall A, B \subset X, получаем: <br/tex>*:<tex>|I| = r(IA \cup B) = + r(J \cup (I A \setminus J)cap B) \le leqslant r(JA) + r(I \setminus JB) - </tex> <br>Тогда <tex>r(\emptyset) < /tex> является [[Ранговая функция, полумодулярность|J| + ранговой функцией]] однозначно определенного матроида на <tex>X</tex>. <br>|proof= Подмножество <tex>I \setminus J| = |I|subseteq 2^X</tex>, назовем <tex>r<br/tex> *:что невозможно. Следовательно-независимым, если выполняется <tex>r(JI) = |JI|</tex>, т.еОбозначим через <tex>\mathcal{I}</tex> множество всех <tex>r</tex>-независимых подмножеств из <tex>2^X</tex>. Докажем, что <tex> J \in \mathcal{I} </tex> удовлетворяет [[Определение матроида|аксиомам независимого множества]] 1, 2 и 3:<br>
# В силу (1) выполняется <tex>r(\emptyset)=0</tex>, следовательно <tex> \emptyset \in \mathcal{I}</tex>.
# Пусть <tex> I \in \mathcal{I}</tex> и <tex>J \subseteq I</tex>. Предположим от противного, что <tex>r(J) < |J|</tex>. Тогда, используя (1) и (3), получаем: <tex>|I| = r(I) = r(J \cup (I \setminus J)) \le r(J) + r(I \setminus J) - r(\emptyset) < |J| + |I \setminus J| = |I|</tex>, что невозможно. Следовательно, <tex>r(J) = |J|</tex>, т.е. <tex> J \in \mathcal{I} </tex> <br>
# Пусть <tex>I, J \in \mathcal{I}</tex> и <tex>|I| < |J|</tex>. Положим <tex>J \setminus I = \{p_1, \ldots,p_t\}</tex>. Пусть, от противного, <tex>I \cup p_i \notin \mathcal{I}</tex> для любого <tex>i = 1, \ldots,t</tex>. Тогда для <tex>i = 1, \ldots,t</tex> имеет место: <br> <tex> |I| = r(I) \le r(I \cup p_i) < |I \cup p_i| = |I| + 1</tex>, т.е. <tex> r(I \cup p_i) = |I|</tex>. <br> Отсюда, в силу доказанной раннее леммы, получаем <tex> r(I \cup J) = |I|</tex>. С другой стороны, <tex>|I| < |J| = r(J) \le r(I \cup J)</tex>. Противоречие. <br>
{{Лемма
|statement=Пусть <tex> B \subset A \subseteq 2^X</tex>, <tex>r(B) = |B|</tex>, и <tex> A \setminus B = \{p_1, ... p_t\}</tex>. Если <tex>r(B \cup p_i) = |B|</tex> для любого <tex> i = 1,..., t</tex>, то <tex>r(A) = |B|</tex>
|proof=
:По индукции: предположим, что <tex>r(B \cup p_1 \cup ... \cup p_j) = |B|</tex> для некоторого <tex>j = 1,...,t-1</tex>. Тогда, применяя (r.2) и (r.3), получаем: <br>
:<tex>|B| = r(B) \le r(B \cup p_1 \cup ... \cup p_j+1) \le r(B \cup p_1 \cup ... \cup p_j) + r(B \cup p_j+1) -r(B) = |B| + |B| - |B| = |B| </tex>. <br>
:Следовательно, <tex>r(B \cup p_1 \cup ... \cup p_j+1) = |B|</tex>. Переход доказан, а значит, <tex>r(B \cup p_1 \cup ... \cup p_t) = |B|</tex>. <br>
}}
 
* 3) Пусть <tex>I, J \in \mathcal{I}</tex> и <tex>|I| < |J|</tex>. Положим <tex>J \setminus I = \{p_1,...,p_t\}</tex>. Пусть, от противного, <tex>I \cup p_i \notin \mathcal{I}</tex> для любого <tex>i = 1,...,t</tex>. Тогда для <tex>i = 1,...,t</tex> имеет место: <br>
*:<tex> |I| = r(I) \le r(I \cup p_i) < |I \cup p_i| = |I| + 1</tex>, т.е. <tex> r(I \cup p_i) = |I|</tex>. </br>
*: Отсюда, в силу доказанной раннее леммы, получаем <tex> r(I \cup J) = |I|</tex>. С другой стороны, <tex>|I| < |J| = r(J) \le r(I \cup J)</tex>. Противоречие. <br>
 Все три аксиомы выполняются на <tex>\mathcal{I}</tex>, соответственно, семейство <tex>\mathcal{I}</tex> является семейством независимых множеств некоторого матроида <tex> M = \langle X, \mathcal{I} \rangle</tex>. Осталось проверить, что исходная функция <tex>r</tex> совпадает с ранговой функцией матроида <tex>M</tex>. Для этого надо доказать, что для любой [[Теорема о базах|базы ]] <tex>B</tex> произвольного множества <tex>A \subseteq 2^X</tex> выполняется <tex> r(A) = |B|</tex>. Пусть <tex>B</tex> - [[Теорема о базах|база ]] множества <tex>A \subseteq 2^X</tex>. По определению <tex>\mathcal{I} </tex> имеем <tex> r(B) = |B|</tex> и <tex>B</tex> {{--- }} максимальное <tex>r</tex>-независимое подмножество из <tex>A</tex>. Если <tex>A=B</tex>, то, очевидно, <tex>r(A)=r(B).</tex>. Поэтому пусть <tex>B \in A</tex>. Пусть <tex> A \setminus B = \{p_1, ... \ldots ,p_t\}</tex>. В силу максимальности <tex>B</tex> для любого <tex>i = 1,...\ldots,t</tex> множество <tex>B \cup p_i</tex> не является <tex>r</tex>-независимым, т.е. <tex>r(B \cup p_i) < |B \cup p_i|</tex>. Тогда имеем: <br><tex> |B| = r(B) \le leqslant r(B \cup p_i) < |B \cup p_i| = |B| + 1 </tex>, <br>
т.е. <tex> r(B \cup p_i) = |B| </tex>. В силу доказанного утверждения получаем <tex>r(A) = |B|</tex>. <br>
Теорема доказана.
}}
== Литература Источники информации==*''Асанов М. О., Баранский В. А., Расин В. В.'' {{- --}} Дискретная математика: Графы, матроиды, алгоритмы. '''ISBN 978-5-8114-1068-2''' <br> == См. также==* [[Аксиоматизация матроида базами]]* [[Аксиоматизация матроида циклами]]
[[Категория:Алгоритмы и структуры данных]]
[[Категория:Матроиды]]
34
правки

Навигация