狄尔沃斯定理
数学术语
狄尔沃斯定理(Dilworth's theorem)亦称偏序集分解定理,是关于偏序集的极大极小的定理,该定理断言:对于任意有限偏序集,其最大反链中元素的数目必等于最小链划分中链的数目。此定理的对偶形式亦真,它断言:对于任意有限偏序集,其最长链中元素的数目必等于其最小反链划分中反链的数目,由偏序集P按如下方式产生的图G称为偏序集的可比图:G的节点集由P的元素组成,而e为G中的边,仅当e的两端点在P中是可比较的,有限全序集的可比图为完全图。
基本介绍
定理 对偏序集,设A中最长链的长度是n,则将A中元素分成不相交的反链,反链个数至少是n。
证明施归纳于n。
当n=1时,A本身就是一条反链,定理结论成立。(这时≤是恒等关系)。
假设对于n=k,结论成立。考虑n=k+1的情况,当A中最长链的长度为k+1时,令M为A中极大元的集合,显然M是一条反链。而且A-M中最长链的长度为k。由归纳假设,可以把A-M分成至少k个不相交的反链,加上反链M,则A可分成至少k+1条反链。
这个定理称为狄尔沃斯(Dilworth)定理或偏序集的分解定理,这是组合学三大存在性定理之一,有广泛的应用。这种分解是所有分解方法中反链个数最少的一种分解方法,因为A不可能分解成n-1条反链。假若只有n-1条反链,那么最长链的n个元素中必有2个元素被分到同一个反链,显然这与反链的定义矛盾。
有穷偏序集分解成n条反链的过程可以采用下面的方法去做。
算法 偏序集反链分解算法:
输入:偏序集A.
输出:A中的反链 .
1.i←1
2. 的所有极大元的集合(显然 是一条反链)
3.令 .
4.if A≠∅
5.
6.转2
注意:从A中去掉Bi中的元素时,同时去掉连接这些元素与被它覆盖的元素之间的边,行2~3每执行一次,最长链的长度减少l,同时产生一条新的反链。因为最长链长度为n,恰好执行n次,算法结束,并得到n条反链。
推论 对偏序集,若A中元素为mn+1个,则A中或者存在一条长度为m+1的反链,或者存在一条长度为n+1的链。
相关介绍
组合数学中有很多存在性定理,其中三大基本定理是经常使用的工具:一是1935年P.Hall提出的“相异代表组定理”;二是1950年R.P.Dilworth发现的“偏序集分解定理(狄尔沃斯定理)”;三是1930年F.P.Ramsey发表的“广义鸽洞原理”。
关于R.P.Dilworth的狄尔沃斯定理的相关介绍:
大家知道,许多离散事物对象之间存在着种种“次序”关系,例如一组事物的排队,某些现象出现的先后,生物的代代相传等,但也不是任何一类事物间都有同一种“序”的关系,因此近代数学从无数具体的对象关系里抽象出来的“偏序集”(即半序集)概念,就显得更加重要而有用,现代组合数学中的若干重要理论就是建立在偏序集概念的基础上的。
由有限个元素(离散事物)所构成的有限偏序集往往可分解成若干条“链”(即有起始元的全序子集),位于不同链上的元素之间可以没有序关系,这些没有序关系的元素叫作“无序元”,由无序元所作成的子集叫作无序子集,那么,把一个偏序集分解成链的最少条数m和该偏序集所含最大无序子集的元素个数M之间有什么关系呢?Dilworth发现它们之间恰好具有相等关系:m=M。这个定理也是利用精细的归纳法证明的,它不仅对一般组合数学十分重要,而且对生物科学也有很大用处。例如,由这个定理可以推断:在mn+1个实验用的小鼠中,要么有m+1个是代代相传的,要么有n+1个是彼此没有亲缘关系的。”(这里可把上下代关系看作序的关系,故mn+1个小鼠作成一个偏序集)。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 16:21
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