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:
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
- มีอยู่k ≤ min( u , v ) ที่ทำให้ rank( t ) = rank( s ) สำหรับ 1 ≤ i < kและt < s ,
- u > vและ rank( t ) = rank( s i สำหรับ 1 ≤ i ≤ v
นอกจากนี้ ยังมีเซตสามเหลี่ยมที่ไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้เมื่อพิจารณาตามลำดับของ Ritt อีกด้วย
ชุดลักษณะเฉพาะของริตต์
ให้ I เป็นไอเดียลที่ไม่เป็นศูนย์ของ k[x , ..., x ] เซตย่อย T ของ I เป็นเซตลักษณะเฉพาะของ Rittของ I ถ้าเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งต่อไปนี้เป็นจริง:
- T ประกอบด้วยค่าคงที่ k เพียงค่าเดียวที่ไม่เป็นศูนย์
- 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
- T = {a} โดยที่ a เป็นค่าคงที่ที่ไม่ใช่ศูนย์
- 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:
ที่W ( Ti คือผลต่างของV ( Ti และV ( Hi ซึ่งHiคือผลคูณของอักษรย่อของพหุนาม Ti
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- แก้ปัญหาแพ็คเกจ Maple
- วิธีเซตลักษณะเฉพาะ