Наявність «матриць забарвлення»


9

Редагувати: тепер існує додаткове запитання, пов’язане з цією публікацією.


Визначення

Дозволяє cі - цілі числа. Ми використовуємо позначення .k[i]={1,2,...,i}

матрицею називається бути -До- розмальовки матриці , якщо виконано наступне:c×cM=(mi,j)ck

  • маємо для всіх ,mi,j∈[k]i,j∈[c]
  • для всіх з та ми маємо .i,j,ℓ∈[c]i≠jj≠ℓmi,j≠mj,ℓ

Пишу , якщо існує -До- забарвленні матриці.c⇝kck


Зауважте, що діагональні елементи не мають значення; ми зацікавлені тільки в недіагональних елементах .M

Наступна альтернативна перспектива може бути корисною. Нехай - набір недіагональних елементів у рядку , а також нехай - набір недіагональних елементів у стовпці . Тепер - матриця забарвлення -to- iff для всіх . Тобто рядок і стовпець повинні складатися з чітко виражених елементів (за винятком, звичайно, діагоналі).R(M,ℓ)={mℓ,i:i≠ℓ}ℓC(M,ℓ)={mi,ℓ:i≠ℓ}ℓMck

R(M,ℓ)⊆[k],C(M,ℓ)⊆[k],R(M,ℓ)∩C(M,ℓ)=∅
ℓ∈[c]ℓℓ

Спроба інтерпретувати як особливий вид хеш-функції від до може бути, а може і не бути корисним .M[c]2[k]

Приклади

Ось -До- розмальовки матриці:64

[−221113−311144−111322−324224−234343−].

Загалом відомо, що для будь-якого маємоНаприклад, і . Щоб побачити це, ми можемо використовувати таку конструкцію (наприклад, Naor & Stockmeyer 1995).n≥2

(2nn)⇝2n.
20⇝66⇝4

Нехай і . Нехай - бієкція від до безлічі всіх підмножин , тобто і для всіх . Для кожного з виберіть довільноc=(2nn)k=2nf[c]n[2n]f(i)⊆[2n]|f(i)|=nii,j∈[c]i≠j

мi,j∈f(i)∖f(j).

Зауважте, що . Неважко переконатися, що конструкція справді є матрицею забарвлення; зокрема, маємо і .f(j)∖f(i)≠∅R(М,ℓ)=f(ℓ)С(М,ℓ)=[к]∖f(ℓ)

Питання

Чи описана вище конструкція оптимальна? Якщо не сказати, чи маємо для будь-якого ?

(2нн)+1⇝2н
н≥2

Загальновідомо, що зазначена конструкція є асимптотично герметичною; обов'язково . Це випливає, наприклад, з результатів Лініаля (1992) або від прямого застосування теорії Рамзі. Але мені незрозуміло, чи конструкція теж щільна до констант. Деякі числові експерименти дозволяють припустити, що описана вище конструкція може бути оптимальною.к=Ω(журнал⁡c)

Мотивація

Питання пов'язане з існуванням швидко розподілених алгоритмів для розфарбовування графіків. Наприклад, припустимо, що нам задано спрямоване дерево (усі ребра, орієнтовані на кореневий вузол), і припустимо, що нам надано належне -обарвлення дерева. Тепер існує розподілений алгоритм, який обчислює правильне забарвлення дерева в синхронний раунд зв'язку тоді і тільки тоді, коли .cк1c⇝к


У математиці дисплея в "альтернативній перспективі" [c] слід читати [k]. У рядку, що слідує за ним, "для всіх l \ in [k]" слід писати "для всіх l \ in [c]".
— Цуйосі Іто

Відповіді:


9

Побудова оптимальна в тому сенсі, що не може утримуватися. Дійсно, легко побачити, що матриця забарвлення c -to- k існує лише тоді, і лише якщо є c підмножини A 1 ,…, A c множини {1,…, k }, такі, що жодні чіткі i та j не задовольняють A i ⊆ A j . (Для напрямку "тільки якщо" візьміть A i = R ( M , i ) для матриці забарвлення c -to- k(2нн)+1⇝нM . Для напрямку "якщо" задайте m ij ∈ A i ∖ A j .) Сімейство множин, жоден з яких не містить іншого, називається сімейством Спернера , і це теорема Спернера про те, що максимальна кількість множин у сім'ї Спернера на Всесвіт розміром k є . Це означає, що .(к⌊к/2⌋)c⇝к⟺c≤(к⌊к/2⌋)


1
О, правда, я думав, що схоже, що рядки повинні утворювати сім'ю Спернера, але не бачив, як це довести. Але ви абсолютно праві: якщо у нас , то , а отже . Це було легко, велике спасибі! R(М,i)⊆R(М,j)мi,j∈R(М,i)⊆R(М,j)С(М,j)∩R(М,j)≠∅
— Юкка Суомела

0

Для трохи більш жорсткої асимптотики можна було довести, що:

якщо , тоc⇝кc≤2k

Припустимо, існує забарвлення матриці використанням кольорів. Тепер розфарбуйте кожен рядок у матриці відповідно до набору кольорів, які він містить. Це дає забарвлення рядків за допомогою підмножини . Різні ряди повинні мати різні кольори. В іншому випадку припустимо, що для рядок має той самий колір, що і рядок . Це означає, що колір присутній як у рядку і в стовпці що суперечить тому, що ми почали з фарбування. Звідси випливає, щоc×ck[k]i<jij(i,j)jjc≤2к


Я не впевнений, що ви стверджуєте, що ваш аналіз жорсткіший, але, будь ласка, дивіться мою відповідь для точного обмеження.
— Цуйосі Іто
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.