เมทริกซ์โบฮีเมียน
ตระกูลเมทริกซ์โบฮีเมียน[ 1 ]คือเซตของเมทริกซ์ที่มีสมาชิกเป็นสมาชิกของเซตคงที่ จำกัด และไม่ต่อเนื่อง ซึ่งเรียกว่า "ประชากร" คำว่า "โบฮีเมียน" ถูกใช้ครั้งแรกเพื่ออ้างถึงเมทริกซ์ที่มีสมาชิกประกอบด้วยจำนวนเต็มที่มีความสูงจำกัด ดังนั้นชื่อนี้จึงมาจากคำย่อBO unded HEight Matrix of Integers ( BOHEMI) [ 2 ]งานวิจัยที่ตีพิมพ์ส่วนใหญ่เกี่ยวกับตระกูลเมทริกซ์เหล่านี้ศึกษาประชากรของจำนวนเต็ม แม้ว่านี่จะไม่ใช่ความจริงอย่างเคร่งครัดสำหรับเมทริกซ์โบฮีเมียนที่เป็นไปได้ทั้งหมดก็ตาม ไม่มีตระกูลเมทริกซ์โบฮีเมียนเพียงตระกูลเดียว แต่เมทริกซ์สามารถกล่าวได้ว่าเป็นโบฮีเมียนโดยสัมพันธ์กับเซตที่ดึงสมาชิกของมันออกมา เมทริกซ์โบฮีเมียนอาจมีโครงสร้างเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น อาจเป็นเมทริกซ์ Toeplitzหรือ เมทริกซ์ Hessenberg บน

แอปพลิเคชัน
การทดสอบซอฟต์แวร์
เมทริกซ์โบฮีเมียนถูกใช้ในการทดสอบซอฟต์แวร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน แอป พลิเคชันพีชคณิตเชิงเส้น เมทริกซ์ เหล่านี้มักถูกแสดงอย่างชัดเจนบนคอมพิวเตอร์[ 3 ]และสามารถระบุพฤติกรรมสุดขั้วได้โดยการค้นหาอย่างละเอียด (สำหรับมิติขนาดเล็ก) การสุ่มตัวอย่าง หรือเทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพ สตีเวน อี. ธอร์นตัน ใช้แนวคิดเหล่านี้เพื่อพัฒนาเครื่องมือที่แก้ปัญหาค่าลักษณะเฉพาะมากกว่าสองล้านล้านปัญหา ซึ่งเผยให้เห็นกรณีความล้มเหลวในการบรรจบกันในระบบซอฟต์แวร์ยอดนิยมบางระบบ[ 4 ]
กล่องเครื่องมือ anymatrix เป็น เครื่องมือ เมทริกซ์MATLAB ที่ขยายได้ ซึ่งมีชุดเมทริกซ์ Bohemian ที่เรียงลำดับและยูทิลิตี้สำหรับการสอบถามตามคุณสมบัติของชุด[ 5 ]
ขอบเขตที่ได้รับการปรับปรุง
ในการนำเสนอในงานประชุมเชิงปฏิบัติการ Bohemian Matrices and Applications ปี 2018 Nick Higham (ผู้ร่วมเขียน anymatrix toolbox) ได้กล่าวถึงวิธีที่เขาใช้อัลกอริธึมทางพันธุกรรมกับเมทริกซ์ Bohemian ที่มีประชากรP ={-1, 0, 1}เพื่อปรับปรุงขอบเขตล่างของปัจจัยการเติบโตสูงสุดสำหรับ การ หมุนกระดานหมากรุก[ 6 ]
ความเชื่อมโยงกับสาขาอื่นๆ
เมทริกซ์สุ่ม
เมทริกซ์โบฮีเมียนสามารถศึกษาได้ผ่านการสุ่มตัวอย่าง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ตัดกับสาขาเมทริกซ์สุ่ม อย่างไรก็ตาม การศึกษาเมทริกซ์สุ่มส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่เมทริกซ์สมมาตรจริงหรือเมทริกซ์เฮอร์มิเชียนหรือเมทริกซ์ที่มีค่าที่ดึงมาจากการแจกแจงแบบต่อเนื่อง เช่นกลุ่มเกาส์เซียนข้อยกเว้นที่น่าสนใจสำหรับการมุ่งเน้นนี้ ได้แก่ งานของTerence TaoและVan Vu [ 7 ] [ 8 ]
เมทริกซ์เบอร์นูลลีและฮาดามาร์ด
บางครั้งมีการใช้ คำว่าเมทริกซ์เบอร์นูลลีเพื่ออธิบายเมทริกซ์ที่มีสมาชิกจำกัดไว้ที่±1 [ 9 ] โดยจัดประเภทเป็นเมทริกซ์ โบฮี เมียน เมทริกซ์ฮาดามาร์ดเป็นเมทริกซ์เบอร์นูลลีที่มีคุณสมบัติเพิ่มเติมคือดีเทอร์มิแนนต์มีค่าสูงสุด เมทริกซ์ฮาดามาร์ด (และเมทริกซ์เบอร์นูลลี) ได้รับการศึกษามานานกว่าคำว่า "เมทริกซ์โบฮีเมียน" จะมีอยู่ คำถามที่ตั้งขึ้นเกี่ยวกับเมทริกซ์ฮาดามาร์ด เช่น คำถามเกี่ยวกับดีเทอร์มิแนนต์สูงสุด สามารถนำไปใช้กับเมทริกซ์โบฮีเมียนอื่นๆ ได้เช่นกัน เมทริกซ์ฮาดามาร์ดแบบทั่วไปชนิดหนึ่ง ได้แก่เมทริกซ์ฮาดามาร์ดแบบบัตสันซึ่งสมาชิกเป็น ราก ที่qของเอกภาพสำหรับq > 2และสามารถถือได้ว่าเป็นเมทริกซ์โบฮีเมียนต้นแบบได้เช่นกัน
ทฤษฎีกราฟ
เมทริกซ์ที่มีรายการแยกกัน โดยเฉพาะเมทริกซ์เหตุการณ์มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจทฤษฎีกราฟผลลัพธ์จากการวิจัยทฤษฎีกราฟสามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ในการทดลองเมทริกซ์โบฮีเมียน ในทางกลับกัน การทดลองที่ดำเนินการโดยใช้เมทริกซ์โบฮีเมียนสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าเกี่ยวกับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับกราฟได้[ 10 ]
คณิตศาสตร์เชิงการจัดเรียง
ปัญหาเปิดหลายข้อที่ระบุไว้ในสารานุกรมลำดับจำนวนเต็มเกี่ยวกับเมทริกซ์โบฮีเมียนมี ลักษณะเชิง การจัดเรียงตัวอย่างเช่น A306782 แสดงตารางจำนวนพหุนามขั้นต่ำที่แตกต่างกันสำหรับเมทริกซ์เบอร์นูลลี (เมทริกซ์โบฮีเมียนที่มีรายการ±1 ) จนถึงมิติ 5 จำนวนสำหรับมิติที่สูงกว่ายังคงไม่ทราบ จำนวนเมทริกซ์เบอร์นูลลีที่ถูกต้องของมิติ 6 คือ2³⁶ = 68,719,476,736 ในขณะที่เซตนี้สามารถค้นหาได้อย่างครบถ้วน (สามารถขนานกันได้อย่างน่าทึ่ง ) การเติบโตของจำนวนเมทริกซ์ที่มากกว่าเลขชี้กำลังอย่างรวดเร็วเกินขีดจำกัดของการวิเคราะห์เชิงตัวเลขมีสมมาตรที่อาจใช้ประโยชน์ได้ เช่นเดียวกับที่ทำ[ 10 ]สำหรับเมทริกซ์ศูนย์หนึ่ง แต่สิ่งเหล่านี้ต้องการความรู้เชิงการจัดเรียงที่ซับซ้อน
ทฤษฎีจำนวน
นักทฤษฎีจำนวนหลายคนได้ศึกษาพหุนามที่มีสัมประสิทธิ์ที่จำกัด ตัวอย่างเช่นพหุนามลิตเติลวูดมีสัมประสิทธิ์±1ในฐานเอกนามนักวิจัยเช่นเคิร์ต มาห์เลอร์ [ 11 ] แอนดรูว์ โอดลีซโกบียอร์น พูนเนน[ 12 ]และปีเตอร์ บอร์เวนได้มีส่วนร่วมในสาขานี้ การใช้เมทริกซ์คู่ขนานทำให้ปัญหาพหุนามที่มีสัมประสิทธิ์ที่จำกัดเหล่านี้สามารถกำหนดเป็นปัญหาเมทริกซ์โบฮีเมียนได้ อย่างไรก็ตามพหุนามลักษณะเฉพาะของเมทริกซ์โบฮีเมียนอาจมีสัมประสิทธิ์ที่มีขนาดใหญ่มากในมิติของเมทริกซ์ ดังนั้นการแปลงย้อนกลับจึงไม่สามารถใช้ได้เสมอไป[ 13 ] [ 14 ]
ความเชื่อมโยงกับตารางเวทมนตร์ได้รับการสำรวจในหนังสือของKathleen Ollerenshaw ร่วมกับ D. Brée [ 15 ]นอกจากนี้ เมทริกซ์โบฮีเมียนยังเชื่อมโยงกับรูปแบบกำลังสอง อย่างชัดเจน ในเอกสารบางฉบับ[ 16 ]
การแก้สมการพหุนาม
ในการหารากของพหุนาม เราสามารถสร้างเมทริกซ์คู่ที่ สอดคล้องกัน และแก้หาค่าลักษณะเฉพาะของเมทริกซ์นั้นได้ ค่าลักษณะเฉพาะเหล่านี้จะสอดคล้องกับรากของพหุนามดั้งเดิม วิธีนี้มักใช้ในแพ็คเกจพหุนามของ NumPyและโดยทั่วไปแล้วมีความเสถียรทางตัวเลข[ 17 ]แม้ว่าบางครั้งอาจมีปัญหาในการจัดการกับพหุนามที่มีสัมประสิทธิ์ขนาดใหญ่หรือมีสภาพไม่ดีก็ตาม
การปรับปรุงสถานการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการค้นหาเมทริกซ์คู่ที่มีความสูงน้อยที่สุดสำหรับพหุนามภายในตระกูลเมทริกซ์โบฮีเมียน[ 18 ]อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังไม่มีเทคนิคอเนกประสงค์ที่มีประสิทธิภาพใดๆ ที่เป็นที่รู้จักสำหรับแนวทางนี้
ประวัติศาสตร์
คำว่า "เมทริกซ์โบฮีเมียน" และแนวคิดในการจัดหมวดหมู่ปัญหาในลักษณะนี้ปรากฏครั้งแรกในสิ่งพิมพ์ของISSACในปี 2016 [ 19 ]ชื่อนี้มีที่มาจากคำช่วยจำ BOunded HEight Matrix of Integers (BOHEMI) แม้ว่าการจำแนกประเภทจะขยายออกไปเพื่อรวมประชากรแบบไม่ต่อเนื่องอื่นๆ[ 20 ]เช่นจำนวนเต็มเกาส์เซียนประโยชน์และขอบเขตของการจัดหมวดหมู่นี้ได้รับการยอมรับมากขึ้นเรื่อยๆ โดยมีการตีพิมพ์ในวารสารสำคัญฉบับแรก[ 21 ]ตามมาหลังจากสิ่งพิมพ์ขนาดเล็กก่อนหน้านี้ ณ เดือนมีนาคม 2022 มีสิ่งพิมพ์หลายฉบับที่ใช้คำว่า "เมทริกซ์โบฮีเมียน" อย่างชัดเจน นอกเหนือจากที่อ้างถึงในบทความนี้แล้ว[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]
การประชุมเชิงปฏิบัติการครั้งแรกเกี่ยวกับเมทริกซ์โบฮีเมียนจัดขึ้นในปี 2018 ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ภายใต้ชื่อ "เมทริกซ์โบฮีเมียนและการประยุกต์ใช้" แนวคิดนี้คล้ายคลึงกับความเชี่ยวชาญที่เสนอโดยGeorge Pólyaในชื่อ "เมทริกซ์โบฮีเมียนและการประยุกต์ใช้" แนวคิดนี้คล้ายคลึงกับความเชี่ยวชาญที่เสนอโดยพหุนามลิตเติลวูด
แนวคิดนี้มีความคล้ายคลึงกับเมทริกซ์รูปแบบเครื่องหมายโดยที่เมทริกซ์สองเมทริกซ์ที่มีรายการจริงจะถือว่าเทียบเท่ากันหากรายการที่สอดคล้องกันมีเครื่องหมายเดียวกัน[ 25 ]เมทริกซ์โบฮีเมียนที่มีประชากรP ={-1, 0, 1}เป็นตัวอย่างของเมทริกซ์รูปแบบเครื่องหมายและเป็นไปตามคุณสมบัติที่กำหนดไว้ แต่ก็อาจแสดงลักษณะเฉพาะที่ไม่เหมือนใครซึ่งขึ้นอยู่กับธรรมชาติของโบฮีเมียนด้วย