สี่เหลี่ยมผืนผ้าละติน
ในคณิตศาสตร์เชิงการจัด เรียง สี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินคือเมทริกซ์r × n (โดยที่r ≤ n ) โดยใช้ สัญลักษณ์ nตัว ซึ่งโดยปกติจะเป็นตัวเลข1, 2, 3, ..., nหรือ0, 1, ..., n − 1เป็นค่าในเมทริกซ์ โดยไม่มีตัวเลขใดปรากฏมากกว่าหนึ่งครั้งในแถวหรือคอลัมน์ใดๆ[ 1 ]
สี่เหลี่ยมผืนผ้า ละตินขนาด n × n เรียกว่าสี่เหลี่ยมจัตุรัสละตินสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินและสี่เหลี่ยมจัตุรัสละตินอาจอธิบายได้ว่าเป็นการระบายสี ที่เหมาะสมที่สุด ของกราฟของหมากรุกหรือการระบายสีขอบ ที่เหมาะสมที่สุด ของกราฟสองส่วนที่สมบูรณ์[ 2 ]
ตัวอย่างของสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินขนาด 3 × 5 คือ: [ 3 ]
0 1 2 3 4 3 4 0 1 2 4 0 3 2 1
การทำให้เป็นมาตรฐาน
สี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินเรียกว่าปกติ (หรือลดขนาด ) หากแถวแรกอยู่ในลำดับธรรมชาติและคอลัมน์แรกก็อยู่ในลำดับธรรมชาติเช่นกัน[ 4 ] [ 5 ]
ตัวอย่างข้างต้นยังไม่ได้ปรับให้เป็นค่ามาตรฐาน
การนับจำนวน
ให้L ( k, n ) แทนจำนวน สี่เหลี่ยมผืนผ้าละติน k × n ที่เป็นมาตรฐาน จากนั้นจำนวน สี่เหลี่ยมผืนผ้าละติน k × n ทั้งหมด คือ[ 6 ]
สี่เหลี่ยมผืนผ้าละติน 2 × nสอดคล้องกับการเรียงสับเปลี่ยนที่ไม่มีจุดคงที่การเรียงสับเปลี่ยนดังกล่าวเรียกว่าการเรียงสับเปลี่ยนที่ไม่สอดคล้องกัน [ 4 ] การแจงนับการเรียงสับเปลี่ยนที่ไม่สอดคล้องกับการเรียงสับเปลี่ยนที่กำหนดเรียก ว่า ปัญหาการพบกัน ที่มีชื่อเสียง การแจงนับการเรียงสับเปลี่ยนที่ไม่สอดคล้องกับการเรียงสับเปลี่ยนสองแบบ ซึ่งแบบหนึ่งเป็นการเลื่อนแบบวงจรอย่างง่ายของอีกแบบหนึ่ง เรียกว่าปัญหาการจัดเรียงแบบลด รูป [ 4 ]
จำนวนสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินมาตรฐานL ( k , n )ที่มีขนาดเล็กนั้นกำหนดโดย[ 6 ]
k\n 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 3 11 53 309 2119 3 1 4 46 1064 35792 1673792 4 4 56 6552 1293216 420909504 5 56 9408 11270400 27206658048 6 9408 16942080 335390189568 7 16942080 535281401856 8 535281401856
เมื่อk = 1 นั่นคือมีเพียงแถวเดียว เนื่องจากสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินได้รับการทำให้เป็นมาตรฐานแล้ว จึงไม่มีทางเลือกสำหรับแถวนั้น ตารางยังแสดงให้เห็นว่าL ( n − 1, n ) = L ( n , n )ซึ่งเป็นไปตามนั้น เนื่องจากหากมีเพียงแถวเดียวที่หายไป ค่าที่หายไปในแต่ละคอลัมน์สามารถกำหนดได้จากคุณสมบัติของตารางละตินและสี่เหลี่ยมผืนผ้าสามารถขยายเป็นตารางละตินได้อย่างไม่ซ้ำกัน
ความสามารถในการขยาย
คุณสมบัติที่สามารถขยายสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินที่ขาดแถวหนึ่งไปเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสละตินที่กล่าวถึงข้างต้น สามารถเสริมความแข็งแกร่งได้อย่างมีนัยสำคัญ กล่าวคือ ถ้าr < n แล้ว เป็นไปได้ที่จะเพิ่ม แถว n − r แถวลงใน สี่เหลี่ยมผืนผ้าละติน r × n เพื่อสร้างสี่เหลี่ยมจัตุรัสละติน โดยใช้ทฤษฎีบทการแต่งงานของฮอลล์[ 7 ]
ตารางกึ่งละติน
ตารางละตินกึ่งสมบูรณ์เป็นตารางละตินไม่สมบูรณ์อีกประเภทหนึ่งตารางละตินกึ่งสมบูรณ์เป็น อาร์เรย์ n × n , Lซึ่งบางตำแหน่งว่างเปล่าและบางตำแหน่งถูกครอบครองด้วยจำนวนเต็ม{0, 1, ..., n − 1 } โดยที่ ถ้าจำนวนเต็มkปรากฏในLแสดงว่า k นั้นปรากฏnครั้ง และไม่มีk สองตัว ใดอยู่ในแถวหรือคอลัมน์เดียวกัน ถ้ามี จำนวนเต็มที่แตกต่างกัน m ตัว ปรากฏในLแล้วLจะมีดัชนีm [ 8 ]
ตัวอย่างเช่น ตารางกึ่งละตินลำดับที่ 5 และดัชนีที่ 3 คือ: [ 8 ]
1 0 2 2 1 0 0 1 2 2 0 1 2 0 1
ตารางกึ่งละตินที่มีลำดับnและดัชนีmจะมี ตำแหน่งที่เติมเต็ม nmตำแหน่ง คำถามที่เกิดขึ้นคือ ตารางกึ่งละตินสามารถทำให้สมบูรณ์เป็นตารางละตินได้หรือไม่ คำตอบที่น่าประหลาดใจคือ ได้เสมอ
ให้Lเป็นตารางกึ่งละตินที่มีลำดับnและดัชนีmโดยที่m < nจากนั้นLสามารถเติมเต็มเป็นตารางละตินได้[ 8 ]
วิธีหนึ่งที่จะพิสูจน์สิ่งนี้คือการสังเกตว่าสี่เหลี่ยมจัตุรัสกึ่งละตินที่มีลำดับnและดัชนีmเทียบเท่ากับสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินm × n ให้ L = || a ||เป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินและS = || b ||เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสกึ่งละติน จากนั้นความเท่าเทียมกันจะกำหนดโดย[ 9 ]
ตัวอย่างเช่น สี่เหลี่ยมผืนผ้าละตินขนาด 3×5
0 1 2 3 4 3 4 1 0 2 1 0 4 2 3
เทียบเท่ากับตารางกึ่งละตินลำดับที่ 5 และดัชนีที่ 3 นี้: [ 9 ]
0 2 1 2 0 1 0 2 1 1 0 2 1 2 0
เนื่องจากตัวอย่างเช่นa = 3 ในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบบละติน ดังนั้นb = 1 ในรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสกึ่งละติน
แอปพลิเคชัน
ในทางสถิติรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบบละตินมีการประยุกต์ใช้ในการออกแบบการทดลอง
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ↑โคลบอร์นแอนด์ดินิทซ์ 2007 , หน้า. 141.
- ↑ สโตน ส์ 2010
- ↑บรูอัลดี 2010 , หน้า 385
- 1 2 3เดนส์แอนด์คีดเวลล์ 1974 , หน้า. 150
- ↑นักเขียนบางท่าน โดยเฉพาะ เจ. ริออร์แดน ไม่กำหนดให้คอลัมน์แรกต้องเรียงลำดับ และนี่จะส่งผลต่อความถูกต้องของสูตรบางสูตรที่กล่าวถึงด้านล่าง
- 1 2 Colbourn & Dinitz 2550 , หน้า. 142
- ↑บรูอัลดี 2010 , หน้า 386
- 1 2 3บรูอัลดี 2010 หน้า 387
- 1 2บรูอัลดี 2010 หน้า 388
อ่านเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- ไวส์สไตน์, เอริค ดับเบิลยู., "สี่เหลี่ยมผืนผ้าละติน" , mathworld.wolfram.com , สืบค้นเมื่อ 2020-07-12