Неизбежный паттерн - Википедия - Unavoidable pattern

В математика и теоретическая информатика, узор - это неизбежный образец если это неизбежно в любом конечном алфавите.

Определения

Шаблон

Как слово, узор (также называемый срок) - последовательность символов над некоторыми алфавит.

Минимальная кратность узора является куда это количество вхождений символа в образце . Другими словами, это количество вхождений в наименее часто встречающегося символа в .

Пример

Учитывая конечные алфавиты и , слово является экземпляром шаблона если существует нестираемый полугрупповой морфизм такой, что , куда обозначает Клини звезда из . Не стирание означает, что для всех , куда обозначает пустой строкой.

Избегание / соответствие

Слово говорят матч, или же сталкиваться, шаблон если фактор (также называемый подслово или же подстрока ) из это пример . Иначе, говорят, чтобы избежать , или быть -свободный. Это определение можно обобщить на случай бесконечного , основанный на обобщенном определении «подстроки».

Избегаемость / неизбежность по определенному алфавиту

Шаблон является неизбежный на конечном алфавите если каждое достаточно длинное слово должен соответствовать ; формально: если . Иначе, является можно избежать на , что означает, что существует бесконечно много слов в алфавите что избежать .

К Лемма Кёнига, шаблон можно избежать на если и только если существует бесконечное слово это позволяет избежать .[1]

Максимальный -свободное слово

Учитывая шаблон и алфавит . А -свободное слово это максимальный -бесплатное слово если и матч .

Избегаемый / неизбежный образец

Шаблон это неизбежный паттерн (также называемый срок блокировки) если неизбежно в любом конечном алфавите.

Если шаблон неизбежен и не ограничен конкретным алфавитом, то по умолчанию он неизбежен для любого конечного алфавита. И наоборот, если говорят, что шаблон можно избежать и не ограничен определенным алфавитом, то по умолчанию его можно избежать для некоторого конечного алфавита.

-авторизованный / - неизбежный

Шаблон является - избежать, если можно избежать на алфавите размера . Иначе, является - неизбежно, что означает неизбежно для любого алфавита размера .[2]

Если шаблон является -Избежать тогда является - избежать всех .

Учитывая конечный набор шаблонов, которых можно избежать , существует бесконечное слово такой, что избегает всех моделей .[1] Позволять обозначим размер минимального алфавита такой, что избегая всех моделей .

Индекс избегаемости

Индекс избегаемости паттерна самый маленький такой, что является -избежать, и если неизбежно.[1]

Характеристики

  • Шаблон можно избежать, если пример паттерна, которого можно избежать .[3]
  • Позвольте избежать шаблонов быть фактором шаблона , тогда также можно избежать.[3]
  • Шаблон неизбежно тогда и только тогда, когда фактор некоторой неизбежной закономерности .
  • Учитывая неизбежный образец и символ не в , тогда неизбежно.[3]
  • Учитывая неизбежный образец , то разворот неизбежно.
  • Учитывая неизбежный образец , существует символ такой, что происходит ровно один раз в .[3]
  • Позволять представляют количество различных символов узора . Если , тогда можно избежать.[3]

Слова Зимина

Данный алфавит , Зиминские слова (шаблоны) определяются рекурсивно за и .

Неизбежность

Все слова Зимина неизбежны.[4]

Слово неизбежно тогда и только тогда, когда оно является множителем слова Зимина.[4]

Учитывая конечный алфавит , позволять представляют собой самые маленькие такой, что совпадения для всех . У нас есть следующие свойства:[5]

- самый длинный неизбежный узор, построенный по алфавиту поскольку .

Уменьшение рисунка

Бесплатное письмо

Учитывая шаблон над некоторым алфавитом , мы говорим бесплатно для если существуют подмножества из такие, что выполняется следующее:

  1. фактор и фактор и

Например, пусть , тогда бесплатно для поскольку существует удовлетворяющие указанным выше условиям.

Уменьшать

Шаблон уменьшает узор если существует символ такой, что бесплатно для , и можно получить, удалив все вхождения из . Обозначим это отношение через .

Например, пусть , тогда может уменьшиться до поскольку бесплатно для .

Заблокировано

Слово считается заблокированным, если не имеет бесплатного письма; следовательно не может быть уменьшено.[6]

Транзитивность

Данные шаблоны , если сводится к и сводится к , тогда сводится к . Обозначим это отношение через .

Неизбежность

Шаблон неизбежно тогда и только тогда, когда сокращается до слова длиной один; следовательно такой, что и .[7][4]

Избегание графических шаблонов[8]

Избегание / соответствие на конкретном графике

Учитывая простой график , край раскраска соответствует шаблону если существует простой дорожка в такая, что последовательность совпадения . Иначе, говорят, чтобы избежать или быть -свободный.

Аналогично раскраска вершины соответствует шаблону если существует простой дорожка в такая, что последовательность совпадения .

Хроматическое число образца

Хроматическое число образца минимальное количество различных цветов, необходимое для -свободная раскраска вершин по графику .

Позволять куда - множество всех простых графов с максимумом степень не более чем .

По аналогии, и определены для окраски краев.

Избегаемость / Неизбежность на графах

Шаблон можно избежать на графах, если ограничен , куда только зависит от .

  • Избегание слов можно выразить как конкретный случай избегания на графиках; отсюда шаблон можно избежать в любом конечном алфавите тогда и только тогда, когда для всех , куда это график вершины соединены.

Вероятностная оценка

Существует абсолютная постоянная , так что для всех моделей с .[8]

Учитывая шаблон , позволять представляют собой количество различных символов . Если , тогда можно избежать на графиках.

Явные раскраски

Учитывая шаблон такой, что даже для всех , тогда для всех , куда это полный график из вершины.[8]

Учитывая шаблон такой, что , а произвольный дерево , позволять быть набором всех подшаблонов, которых можно избежать, и их отражений . потом .[8]

Учитывая шаблон такой, что , а дерево со степенью . Позволять быть набором всех подшаблонов, которых можно избежать, и их отражений , тогда .[8]

Примеры

  • В Последовательность Туэ – Морса не имеет кубов и перекрытий; следовательно, он избегает шаблонов и .[2]
  • А слово без квадратов один избегает шаблона . Слово над алфавитом полученный путем взятия первая разница последовательности Туэ – Морса является примером бесконечного слова без квадратов.[9][10]
  • Шаблоны и неизбежны в любом алфавите, поскольку они являются множителями слов Зимина.[11][1]
  • Модели власти за 2-избежать.[1]
  • Все бинарные паттерны можно разделить на три категории:[1]
    • неизбежны.
    • имеют индекс избегаемости 3.
    • другие имеют индекс избегаемости 2.
  • имеет индекс избегаемости 4, как и другие закрытые слова.[6]
  • имеет индекс избегаемости 5.[12]
  • Повторяющийся порог точная нижняя грань показателей такой, что можно избежать на алфавите размера . Также см Теорема Дежана.

Открытые проблемы

  • Есть ли закономерность, которой можно избежать такой, что индекс избегаемости 6?
  • Учитывая произвольную схему , существует ли алгоритм определения индекса избегаемости ?[1]
  • Можно ли также избежать всех шаблонов, которых можно избежать, на графиках?[13]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Лотэр, М. (2002). Алгебраическая комбинаторика слов. Издательство Кембриджского университета.
  2. ^ а б Комбинаторика слов: слова Кристоффеля и повторения слов. American Mathematical Soc. п. 127. ISBN  978-0-8218-7325-0.
  3. ^ а б c d е Шмидт, Урсула (1987-08-01). «Долгие неизбежные закономерности». Acta Informatica. 24 (4): 433–445. Дои:10.1007 / BF00292112. ISSN  1432-0525. S2CID  7928450.
  4. ^ а б c Зимин, А.И. (1984). «Блокирующие наборы условий». Математика СССР-Сборник. 47 (2): 353–364. Дои:10.1070 / SM1984v047n02ABEH002647. ISSN  0025-5734.
  5. ^ Джошуа, Купер; Рорабо, Дэнни (2013). Границы уклонения от слов Зимина. arXiv:1409.3080. Bibcode:2014arXiv1409.3080C.
  6. ^ а б Бейкер, Кирби А .; Макналти, Джордж Ф .; Тейлор, Уолтер (1989-12-18). «Проблемы роста для слов, которых можно избежать». Теоретическая информатика. 69 (3): 319–345. Дои:10.1016/0304-3975(89)90071-6. ISSN  0304-3975.
  7. ^ Бин, Дуайт Р .; Эренфойхт, Анджей; Макналти, Джордж Ф. (1979). «Избегать шаблонов в цепочках символов». Тихоокеанский математический журнал. 85 (2): 261–294. Дои:10.2140 / pjm.1979.85.261. ISSN  0030-8730.
  8. ^ а б c d е Грычук, Ярослав (28 мая 2007 г.). «Избежание закономерностей на графиках». Дискретная математика. Четвертая Караковская конференция по теории графов. 307 (11): 1341–1346. Дои:10.1016 / j.disc.2005.11.071. ISSN  0012-365X.
  9. ^ Комбинаторика слов: слова Кристоффеля и повторения слов. American Mathematical Soc. п. 97. ISBN  978-0-8218-7325-0.
  10. ^ Фогг, Н. Питеас (23 сентября 2002 г.). Подстановки в динамике, арифметике и комбинаторике. Springer Science & Business Media. п. 104. ISBN  978-3-540-44141-0.
  11. ^ Аллуш, Жан-Поль; Шаллит, Джеффри; Шаллит, профессор Джеффри (21 июля 2003 г.). Автоматические последовательности: теория, приложения, обобщения. Издательство Кембриджского университета. п. 24. ISBN  978-0-521-82332-6.
  12. ^ Кларк, Рональд Дж. (01.04.2006). «Существование модели, которой можно избежать пяти, но четыре неизбежны». Международный журнал алгебры и вычислений. 16 (2): 351–367. Дои:10.1142 / S0218196706002950. ISSN  0218-1967.
  13. ^ Грычук, Ярослав (28 мая 2007 г.). «Избежание закономерностей на графиках». Дискретная математика. Четвертая Караковская конференция по теории графов. 307 (11): 1341–1346. Дои:10.1016 / j.disc.2005.11.071. ISSN  0012-365X.