【Burnside定理】&【Pólya定理】

Burnside & Pólya


(详细内容请参阅《组合数学》或2008年cyx的论文,这里只写一些我学习的时候理解困难的几个点,觉得我SB的请轻鄙视……如果有觉得不科学的地方欢迎留言)

Burnside:

  我们要证明的是:$$N(G,C)=frac{1}{|G|} sum_{f in G}|C(f)|$$

  难点一:非等价着色数=等价类数目($N(G,C)$),这其实是从等价类的定义来的。。。因为一个等价类表示着一种与众不同的染色方案,当然有多少个等价类就有多少种非等价染色方案啦……(我是SB没想到QAQ)

  证明主要是这样一个过程:(UOJ群神犇_数学迷:算两次,即同一个量以两种方法计算得到一个式子的方法)

  难点二:我们的式子是:$$sum_{f in G} |C(f)| = sum_{c in C} |G(c)| $$

  (我以二分图的模型来解释或许好理解一些?)

  我们现在有 n 种染色方式(其中有一些是等价的),m 种置换。对于某种染色$c$和置换$f$,如果我们有 $f*c=c$,我们就连一条边 $c->f$

  所以左边的点的度数和=右边的点的度数和=总边数

  接下来,因为有(这个大概也算个难点吧……)$$ (与c等价的着色数)=frac{|G|}{|G(c)|} $$

  所以:$$ |G(c)|=frac{|G|}{(与c等价的着色数)} $$

  因此我们可以对刚刚的右边的式子变形,得到:$$ sum_{c in C} |G(c)|=|G| sum_{c in C} frac{1}{(与c等价的着色数)}$$

  难点三:这里我们发现:每一种着色方式我们都加了$frac{1}{(与c等价的着色数)}$,我们可以按等价类分开,等价类中的每一种着色方式都加了$$frac{1}{这个等价类的大小}$$所以每个等价类的贡献就是1,所以刚刚的右边的式子等于$$|G|*N(G,C)$$

  得证。

Pólya:

  了解了Burnside定理以后,我们对于等价类计数就有了这样一个方法:枚举染色方式(枚举每一格的染色方式)和置换方式,找到每个置换方式的不动点数目……然而这个复杂度比较高,所以我们可以拿Pólya来优化一下~

  Pólya的做法是:只考虑染色的种类以及置换的方式,然后直接用【循环分解】的方式计算出每个置换的不动点数目,这样就少枚举了一维,降低了复杂度。(枚举每个置换,循环分解是O(p)的,p是格子数)

(然而刚刚的bb其实是不完整的,不过先这样理解好了。。。复杂一点的我也不会TAT)

  刚刚说到直接用循环分解的方式计算出每个置换的不动点数目,这是怎么回事呢?我们发现,在这个置换下不动的染色方案,每一个循环一定是染了相同的颜色,所以这个置换方式下不动点数目就是 $(颜色数)^{(循环数)}$

  不过我刚刚说的只是限于一种简单的情况……更多更完整的问题……还是看书吧T_T我这么弱……是吧……

原文地址:https://www.cnblogs.com/Tunix/p/4527223.html