กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

วิธีการกำหนดชุดลักษณะเฉพาะของหวู่

เรขาคณิตพีชคณิต/พีชคณิตสลับ/พีชคณิตคอมพิวเตอร์/พหุนาม

วิธีของเหวินจุน อู๋เป็นอัลกอริทึมสำหรับการแก้สมการพหุนามหลายตัวแปรซึ่งนำเสนอโดยนักคณิตศาสตร์ ชาวจีน เหวินจุน อู๋ ในช่วงปลายทศวรรษ 1970...

วิธีการกำหนดชุดลักษณะเฉพาะของหวู่

วิธีของเหวินจุน อู๋เป็นอัลกอริทึมสำหรับการแก้สมการพหุนามหลายตัวแปรซึ่งนำเสนอโดยนักคณิตศาสตร์ ชาวจีน เหวินจุน อู๋ ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 วิธีนี้อิงตามแนวคิดทางคณิตศาสตร์ของเซตลักษณะเฉพาะ ซึ่งนำเสนอโดย เจ.เอฟ. ริตต์ในช่วงปลายทศวรรษ 1940เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จาก วิธี ฐานของโกรบเนอร์ซึ่งนำเสนอโดยบรูโน บูชเบอร์เกอร์ (1965) แม้ว่าฐานของโกรบเนอร์อาจใช้ในการคำนวณเซตลักษณะเฉพาะก็ตาม [ 1 ] [ 2 ]

วิธีการของ Wu มีประสิทธิภาพในการพิสูจน์ทฤษฎีบทเชิงกลในเรขาคณิตเบื้องต้นและให้กระบวนการตัดสินใจที่สมบูรณ์สำหรับปัญหาบางประเภท วิธีนี้ถูกนำไปใช้ในการวิจัยในห้องปฏิบัติการของเขา (KLMM, ห้องปฏิบัติการหลักด้านกลศาสตร์คณิตศาสตร์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน) และทั่วโลก แนวโน้มหลักของการวิจัยเกี่ยวกับวิธีการของ Wu เกี่ยวข้องกับระบบสมการพหุนามมิติบวกและพีชคณิตเชิงอนุพันธ์ซึ่ง ผลลัพธ์ของ Rittมีประสิทธิภาพ[ 3 ] [ 4 ]วิธีการของ Wu ได้ถูกนำไปใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ เช่น ชีววิทยาวิชั่นคอมพิวเตอร์จลนศาสตร์หุ่นยนต์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการพิสูจน์อัตโนมัติในเรขาคณิต[ 5 ]

คำอธิบายแบบไม่เป็นทางการ

วิธีการของหวูใช้ การหาร พหุนามในการแก้ปัญหาในรูปแบบต่อไปนี้:

x,y,z,ฉัน(x,y,z,)เอฟ(x,y,z,){\displaystyle \forall x,y,z,\dots I(x,y,z,\dots )\implies f(x,y,z,\dots )\,}

โดยที่fคือสมการพหุนามและIคือการเชื่อมโยงของสมการพหุนาม อัลกอริทึมนี้สมบูรณ์สำหรับปัญหาดังกล่าวในโดเมนเชิงซ้อน

แนวคิดหลักของอัลกอริทึมนี้คือ คุณสามารถหารพหุนามหนึ่งด้วยพหุนามอีกพหุนามหนึ่งเพื่อให้ได้เศษเหลือ การหารซ้ำๆ จะทำให้เศษเหลือหายไป (ซึ่งในกรณีนี้ ข้อความ " ฉันบ่งชี้ว่าf"เป็นจริง) หรือเหลือเศษเหลือที่ไม่สามารถแยกตัวประกอบได้อีก (ซึ่งในกรณีนี้ ข้อความดังกล่าวเป็นเท็จ)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับไอเดียล Iในริงk [ x ,  ..., x ] เหนือฟิลด์kชุดลักษณะเฉพาะ (Ritt) CของIประกอบด้วยชุดของพหุนามในIซึ่งมีรูปร่างเป็นสามเหลี่ยม: พหุนามในCมีตัวแปรหลักที่แตกต่างกัน (ดูคำจำกัดความอย่างเป็นทางการด้านล่าง) เมื่อกำหนดชุดลักษณะเฉพาะCของIแล้ว เราสามารถตัดสินได้ว่าพหุนามfเป็นศูนย์มอดูลIหรือไม่ นั่นคือ การทดสอบการเป็นสมาชิกสามารถตรวจสอบได้สำหรับIโดยมีเงื่อนไขว่าชุดลักษณะเฉพาะของIนั้น มีอยู่แล้ว 

ชุดลักษณะเฉพาะของริตต์

เซตลักษณะเฉพาะของริตต์ (Ritt characteristic set) คือเซตจำกัดของพหุนามในรูปแบบสามเหลี่ยมของไอเดียล (ideal form) เซตสามเหลี่ยมนี้เป็นไปตามเงื่อนไขขั้นต่ำบางประการเกี่ยวกับการเรียงลำดับของริตต์ และรักษาคุณสมบัติทางเรขาคณิตที่น่าสนใจหลายประการของไอเดียลไว้ อย่างไรก็ตาม มันอาจไม่ใช่ระบบตัวสร้างของไอเดียลนั้น

สัญกรณ์

ให้ R เป็นวงแหวนพหุนาม หลายตัวแปร k [ x , ..., x ] เหนือฟิลด์kตัวแปรเรียงลำดับเชิงเส้นตามดัชนี: x < ... < x สำหรับพหุนาม pที่ไม่ใช่ค่าคงที่ใน R ตัวแปรที่มีค่ามากที่สุดที่ปรากฏในp อย่างมีประสิทธิภาพ เรียกว่าตัวแปรหลักหรือคลาสมีบทบาทพิเศษ: pสามารถพิจารณาได้อย่างเป็นธรรมชาติว่าเป็นพหุนามเอกตัวแปรในตัวแปรหลักx ที่มีสัมประสิทธิ์ในk [ x , ..., x ] ดีกรีของ p ในฐานะพหุนามเอกตัวแปรในตัวแปรหลักเรียกว่าดีกรีหลักด้วย

ชุดสามเหลี่ยม

เซตTของพหุนามที่ไม่คงที่เรียกว่าเซตสามเหลี่ยมถ้าพหุนามทั้งหมดในTมีตัวแปรหลักที่แตกต่างกัน นี่เป็นการขยายระบบสมการเชิงเส้น แบบสามเหลี่ยม ในลักษณะที่เป็นธรรมชาติ

การสั่งซื้อของริตต์

สำหรับพหุนาม pและqสองตัวที่ไม่ใช่ค่าคงที่เรากล่าวว่าpมีค่าน้อยกว่าqเมื่อเทียบกับการเรียงลำดับแบบ Rittและเขียนได้ว่าp  < qถ้าข้อความใดข้อความหนึ่งต่อไปนี้เป็นจริง: 

(1) ตัวแปรหลักของpมีค่าน้อยกว่าตัวแปรหลักของqนั่นคือ mvar( p )  <  mvar( q )
(2) pและqมีตัวแปรหลักเดียวกัน และระดับหลักของpน้อยกว่าระดับหลักของqนั่นคือ mvar( p ) = mvar( q ) และ mdeg( p ) < mdeg( q )     

ด้วยวิธีนี้ ( k [ x ,  ..., x ],< ) ก่อให้เกิดลำดับบางส่วนที่ดีอย่างไรก็ตาม ลำดับของ Ritt ไม่ใช่ลำดับทั้งหมดเพราะมีพหุนาม p และ q อยู่จริง โดยที่p ไม่ < q และไม่> qในกรณีนี้ เรากล่าวว่าpและqไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้ ลำดับของ Ritt คือการเปรียบเทียบอันดับของpและqอันดับ ซึ่งเขียนแทนด้วย rank( p ) ของพหุนามp ที่ไม่ใช่ค่าคงที่ ถูกกำหนดให้เป็นกำลังของตัวแปรหลัก: mvar( p ) mdeg( p )และอันดับจะถูกเปรียบเทียบโดยการเปรียบเทียบตัวแปรก่อน แล้วในกรณีที่ตัวแปรเท่ากัน จึงเปรียบเทียบดีกรี     

การเรียงลำดับแบบ Ritt บนเซตสามเหลี่ยม

การสรุปทั่วไปที่สำคัญเกี่ยวกับการเรียงลำดับแบบ Ritt คือการเปรียบเทียบเซตสามเหลี่ยม ให้T  =  { t , ..., t } และS = { s , ..., s } เป็นเซตสามเหลี่ยมสองเซต โดยที่พหุนามในTและSเรียงลำดับจากน้อยไปมากตามตัวแปรหลัก เรากล่าวว่าTเล็กกว่า S เมื่อเทียบกับการเรียงลำดับแบบ Ritt ถ้าข้อความใดข้อความหนึ่งต่อไปนี้เป็นจริง        

  1. มีอยู่k  min( u , v ) ที่ทำให้ rank( t ) = rank( s ) สำหรับ 1 ≤ i < kและt < s ,         
  2. u  > vและ rank( t ) = rank( s i สำหรับ 1 ≤ iv       

นอกจากนี้ ยังมีเซตสามเหลี่ยมที่ไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้เมื่อพิจารณาตามลำดับของ Ritt อีกด้วย

ชุดลักษณะเฉพาะของริตต์

ให้ I เป็นไอเดียลที่ไม่เป็นศูนย์ของ k[x , ..., x ] เซตย่อย T ของ I เป็นเซตลักษณะเฉพาะของ Rittของ I ถ้าเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งต่อไปนี้เป็นจริง:

  1. T ประกอบด้วยค่าคงที่ k เพียงค่าเดียวที่ไม่เป็นศูนย์
  2. T เป็นเซตสามเหลี่ยม และ T เป็นเซตที่เล็กที่สุดเมื่อพิจารณาตามลำดับของ Ritt ในเซตของเซตสามเหลี่ยมทั้งหมดที่อยู่ใน I

ไอเดียลพหุนามอาจมีเซตลักษณะเฉพาะได้มากมายนับไม่ถ้วน เนื่องจากลำดับของริตต์เป็นลำดับบางส่วน

ชุดลักษณะเฉพาะของหวู่

กระบวนการ Ritt–Wu ซึ่งคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดย Ritt และได้รับการปรับปรุงแก้ไขในภายหลังโดย Wu นั้น ไม่ได้คำนวณค่าลักษณะเฉพาะของ Ritt แต่เป็นค่าลักษณะเฉพาะที่ขยายออกไป เรียกว่า ชุดลักษณะเฉพาะของ Wu หรือลำดับขั้นขึ้นของ Wu

เซตย่อย T ที่ไม่ว่างเปล่าของไอเดียล F ที่สร้างโดย F จะเป็นเซตลักษณะเฉพาะ Wuของ F ก็ต่อเมื่อเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งต่อไปนี้เป็นจริง

  1. T = {a} โดยที่ a เป็นค่าคงที่ที่ไม่ใช่ศูนย์
  2. T เป็นเซตสามเหลี่ยม และมีเซตย่อย G ของ F อยู่ โดยที่ F = G และพหุนามทุกตัวใน G สามารถลดรูปเสมือนเป็นศูนย์ได้เมื่อเทียบกับ T

เซตลักษณะเฉพาะของ Wu ถูกกำหนดให้กับเซตของพหุนาม F มากกว่าที่จะเป็นอุดมคติ F ที่สร้างขึ้นโดย F นอกจากนี้ยังสามารถแสดงได้ว่าเซตลักษณะเฉพาะของ Ritt T ของ F เป็นเซตลักษณะเฉพาะของ Wu ของ F เซตลักษณะเฉพาะของ Wu สามารถคำนวณได้โดยใช้อัลกอริทึม CHRST-REM ของ Wu ซึ่งต้องการเพียงการคำนวณเศษเหลือเทียมเท่านั้น และไม่จำเป็นต้องมีการแยกตัวประกอบ

วิธีการชุดลักษณะเฉพาะของ Wu มีความซับซ้อนแบบเลขชี้กำลัง มีการปรับปรุงประสิทธิภาพการคำนวณโดยใช้โซ่อ่อนโซ่ปกติและโซ่อิ่มตัว[ 6 ]

การแยกองค์ประกอบของวาไรตี้พีชคณิต

แอปพลิเคชันคืออัลกอริทึมสำหรับแก้ระบบสมการพีชคณิตโดยใช้เซตลักษณะเฉพาะ กล่าวคือ เมื่อกำหนดเซตย่อยจำกัด F ของพหุนาม จะมีอัลกอริทึมในการคำนวณเซตลักษณะเฉพาะT , ..., T เช่นนั้น:

วี(เอฟ)=(ที1)(ทีอี),{\displaystyle V(F)=W(T_{1})\cup \cdots \cup W(T_{e}),}

ที่W ( Ti คือผลต่างของV ( Ti และV ( Hi ซึ่งHiคือผลคูณของอักษรย่อของพหุนาม Ti

ดูเพิ่มเติม

  • แก้ปัญหาแพ็คเกจ Maple
  • วิธีเซตลักษณะเฉพาะ
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wu%27s_method_of_characteristic_set&oldid=1354565821 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วิธีการกำหนดชุดลักษณะเฉพาะของหวู่

วิธีของเหวินจุน อู๋เป็นอัลกอริทึมสำหรับการแก้สมการพหุนามหลายตัวแปรซึ่งนำเสนอโดยนักคณิตศาสตร์ ชาวจีน เหวินจุน อู๋ ในช่วงปลายทศวรรษ 1970...

คำอธิบายแบบไม่เป็นทางการ

วิธีการของหวู ใช้ การหาร พหุนาม ในการแก้ปัญหาในรูปแบบต่อไปนี้:

ชุดลักษณะเฉพาะของริตต์

เซตลักษณะเฉพาะของริตต์ (Ritt characteristic set) คือ เซตจำกัด ของพหุนามใน รูปแบบสามเหลี่ยม ของไอเดียล (ideal form) เซตสามเหลี่ยมนี้เป็นไปตามเงื่อนไขขั้นต่ำบางประการเกี่ยวกับการเรียงลำดับของริตต์ และรักษาคุณสมบัติทางเรขาคณิตที่น่าสนใจหลายประการของไอเดียลไว้...

สัญกรณ์

ให้ R เป็น วงแหวนพหุนาม หลายตัวแปร k [ x , ..., x ] เหนือฟิลด์ k ตัวแปรเรียงลำดับเชิงเส้นตามดัชนี: x < ...