置換怎麼表示成輪換 置換和輪換(新姿勢,摘自黑書)

2021-10-13 08:10:52 字數 2048 閱讀 3660

這一部分在黑書中,

是在群論這一部分介紹的

所以我們先了解什麼是群

群的定義

給定乙個集合g=和集合g上的乙個二元計算*,滿足以下四個條件:

(1)封閉性

若a,b∈g,則存在唯一確定的c∈g,使得a*b=c;

(2)結合律成立

任意a,b,c∈g,有(a*b)* c=a* (b*c);

(3)單位元存在

存在e∈g,對任意a∈g,滿足a*e=e*a=a,稱e為單位元,也稱么元;

(4)逆元存在

任意a∈g,存在唯一確定的b∈g, a*b=b*a=e(單位元),則稱a與b互為逆元素,簡稱逆元,記作a^(-1)=b.

通常稱g上的二元運算*為「乘法」,稱a*b為a與b的積,並簡寫為ab.

若群g中元素個數是有限的,則g稱為有限群。否則稱為無限群。有限群的元素個數稱為有限群的階。

置換的定義

n個元素1,2,3,4,…,n之間的乙個置換為

表示1被1到n中的某乙個數a1取代,2被1到n中的某乙個數a2取代,直到n被1到n中的某乙個數an取代,且a1到an各不相同

置換群置換群的元素是置換,運算的置換的連線

可以驗證置換群滿足群的四個條件:迴圈記

稱為n階迴圈

每個置換都可以看作是若干互不相交的迴圈的乘積

為什麼呢?因為我們可以把每個元素看作是乙個結點,

如果a變成b,連一條有向邊a—>b,則每乙個節點一定有乙個前驅結點和乙個後繼結點,

即每個點的出度和入度都為1,這樣的圖對應就是若干個環(輪換)

兩個迴圈(a1 a2 … an) (b1 b2 … bn)互不相交是指

ai!=bj(i,j=1,2,3,4,…,n)

例:挺好理解的吧

這樣的表示是唯一的

置換的迴圈節數是上述表示中迴圈的個數

迴圈也稱為輪換

對換簡單來說就是兩個元素的交換

經典模型

等價類計數問題

有這樣乙個經典問題,給2*2方格中塗黑白兩色,有幾種方案

ans.16

但是如果定義一種「旋轉操作」,規定逆時針旋轉90°,180°,270°後相同的方案算作一種,

那麼答案就變成6種了

這類問題被稱作是等價類計數問題

也就是說,題目中會定義一種等價關係,滿足等價關係的元素被看做是同一類

等價關係滿足自反性和傳遞性

自反性:a等價於b,則b等價於a

遺傳性:a等價於b,b等價於c,則a等價於c

有了等價關係,所有的元素就會被分成若干等價類,

每個等價類裡的所有元素相互等價,不同等價類裡的元素不等價

為了統計等價類的個數

我們需要用乙個置換集合f描述等價關係

比如說「逆時針旋轉90°」這個置換就可以把

對映到注意f中任意兩個置換的乘積也應當在f中,否則f無法構成置換群

對於乙個置換f,若乙個方案經過置換後不變,稱s為f的不動點

將f的不動點的數目記為c(f),則有

burnside 定理

等價類數目為所有c(f)的平均值

例如在本題中,

「逆時針旋轉180°」的不動點:

「逆時針旋轉90°」的不動點:

「逆時針旋轉270°」的不動點:

「逆時針旋轉0°」的不動點:

根據burnside引理,答案是(16+2+2+4)/4=6

如何求c(f)呢?

我們先把格仔編號

比如」逆時針旋轉180°「這個置換就可以看作是輪換(1,3)(2,4)的乘積

即1,3互換,2,4互換

則如果是不動點的話,1和3的顏色一定要一樣,2和4的顏色一定要一樣

而這兩和輪換不想交,所以互不影響,根據乘法原理一共有2*2=4種方案

一般的,

如果置換f被分解成m(f)個輪換,每個輪換內所有格仔的顏色不必須相同,

假設有k種顏色,則有c(f)=k^m(f)

代入burnside 定理表示式後得到polya定理:

等價類個數等於所有置換f的k^m(f)的平均數

tip一定要記住burnside引理,一般的等價類問題均可以用ta解決

置換怎麼表示成輪換 2 3 置換群

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