კომბინირებული პრობლემა: რამდენი განსხვავებული n დონის ლაბირინთი არსებობს?

Original web-page: http://www.math.stonybrook.edu/~tony/mazes/classify.html

ლაბირინთებიდან მათემატიკაში

კლასიკურ და შუასაუკუნეების ლაბირინთების ტიპებს შორის არის განსხვავებული მარტივი ალტერნატიული სატრანზიტო ლაბირინთების მაგალითები იმავე რაოდენობის დონით. Მაგალითად

ეს სამი 12 დონის ლაბირინთის ბილიკები ხდება. ეს ბადებს კითხვას: რამდენი განსხვავებული ლაბირინთია იქ n დონეზე?

ახლა შესაძლებელია ჩამოვთვალოთ მოცემული სიღრმის n ყველა შესაძლო ლაბირინთები, 0,…, n ყველა პერუმაციის დათვალიერებით და მათი გაუქმებით, რომლებიც არ აკმაყოფილებენ სამ პირობას, რომლებიც გარანტიას იძლევიან, რომ თანმიმდევრობა შეესაბამება ლაბირინთს. ფაქტობრივად, ვინაიდან კოეფიციენტები და ლუწები არ შეიძლება შერეულ იქნას პერმუტაციაში და რადგან 0 და  n  უნდა დარჩეს ფიქსირებული, საკმარისია შევხედოთ ყველა წყვილი პერმატაციას, ერთ კენტი მთელ რიცხვს 1,…,n-1 (თუ ვიღებთ n ლუწს), და ერთ-ერთი რიცხვითი რიცხვი 2,…,n-2. მაგალითად, ყველა შესაძლო 8 დონის ლაბირინთების ასაშენებლად, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ წყვილი პერმაცია 1,3,5,7 და 2,4,6. არის 24 x 6 = 144 ასეთი წყვილი, ასე რომ ეს ადვილად შეიძლება გაკეთდეს ხელით. აქ არის ის, რაც შეიძლება აღმოვაჩინოთ 1-დან 8-მდე სიღრმეებში. ამ ჩამონათვალში გამოტოვებულია არა “საინტერესო” ლაბირინთები (ისინი შეიძლება აშენდეს უფრო ღრმა ლაბირინთებიდან ზედა და/ან ქვედა დონის ტრივიალური დონის დამატებით). ეს ფიგურა გვიჩვენებს ამ ლაბირინთების ბირთვებს და მართკუთხა ლაბირინთებს; თითოეული ორმაგი წყვილის მხოლოდ ერთი წარმომადგენელია დახატული.

4,6,7 და 8 დონის საინტერესო ლაბირინთებიდან. თითოეული ორმაგი წყვილის მხოლოდ ერთი წარმომადგენელია დახატული. ს.დ.: თვითმმართველობის ორმაგი.

აქ მოცემულია მონაცემები ცხრილის სახით:

სიღრმე   ლაბირინთების რაოდენობა    საინტერესო ლაბირინთებიდან

  1              1                 არცერთი

  2              1                 არცერთი

  3              1                 არცერთი

  4              2                03214

  5              3                 არცერთი

  6              8          0523416   0543216
                            0345216   0541236

  7             14               03216547 

  8             42   032147658   034567218   034765218 
                     036547218   054367218   056723418 
                     056741238   056743218   072345618  
                     072365418   072543618   074325618 
                     074561238   074563218   076123458 
                     076125438   076143258   076321458 
                     076345218   076523418   076541238 
                     076543218      

სიღრმის 9 -ისთვის უნდა განვიხილოთ 24 x 24 = 576 პერმუტაცია და შეცდომის შესაძლებლობები გაიზარდოს. შემდეგი რიცხვები გამოითვლება კომპიუტერების გამოყენებით.

                    n           M(n)        I(n)
                    1             1          0 
                    2             1          0 
                    3             1          0 
                    4             2          1
                    5             3          0 
                    6             8          4 
                    7            14          1 
                    8            42         22 
                    9            81         11   
                   10           262        142  
                   11           538         95  
                   12          1828       1014 
                   13          3926        808   
                   14         13820       7796
                   15         30694       6980    
                   16        110954      63386    
                   17        252939      61725   
                   18        933458     538534  
                   19       2172830     558853    
                   20       8152860    4740658    
                   21      19304190    5171300    
                   22      73424650   42969130

                   24     678390116

                   26    6405031050 

                   28   61606881612 

                   30  602188541928

                   32 5969806669034

აქ  M(n) და  I(n) არის ლაბირინთების რიცხვი და n სიღრმის საინტერესო ლაბირინთებიდან. 24, 26 და 28-ის მნიშვნელობები მიიღო ჯიმ რიდსმა ბელის ლაბორატორიები–ის მიერ იმ მეთოდით, რომელიც არ ჩანს უცნაური სიღრმის რიცხვებზე. 30 და 32 მნიშვნელობები მოხსენიებულია ლანდოსა და ზვონკინის 1993 წლის ნაშრომში ვ. რ. პრატი–ის გამო.

საინტერესო 9 დონის ლაბირინთებიდან ეს ფიგურა ნაჩვენებია მათი მართკუთხა ლაბირინთის ბილიკებით; ისევ და ისევ, თითოეული ორმაგი წყვილის მხოლოდ ერთი წარმომადგენელია დახატული.

სიღრმის 11 საინტერესო ლაბირინთიდან 9.

მომდევნო ფიგურაში ნაჩვენებია ლაბირინთის ბილიკები 5 თვითმმართველობის ორმაგი ძალიან საინტერესო ლაბირინთებიდან 10 სიღრმეზე; ეს არის ლაბირინთები, რომლებსაც ასევე არ აქვთ ტრივიალური დონის შიდა მიმდევრობა.

5 ძალიან საინტერესო თვითმმართველობის ორმაგი ლაბირინთებიდან 10. სიღრმე 10. ნიმუშები, სახელწოდებით alpha_10 და გამა_10 გვხვდება რომაული მოზაიკის ლაბირინთებში.
დამატებულია 11/18/2009 0321654987.10 ასევე უნდა იყოს ამ ჯგუფში. მადლობელი ვარ ვალტერ დ პულენის ამ ინფორმაციისთვის.
დამატებულია 02/09/2018  0349852167.10 ასევე უნდა დაემატოს. მადლობა ანდრეას ფრეის!


როგორ გამოითვლება ეს რიცხვები?

რატომ დავინტერესდი ამ პრობლემით?

სხვაგან სად არის ეს რიცხვები?

კიდევ რა არის ცნობილი ლაბირინთის რიცხვების შესახებ?

ცნობები


ტონი ფილიპსი /Tony Phillips/
მათემატიკის დეპარტამენტი, მზიანი სტონი ბრუკი
tony at math.stonybrook.edu
1997 წლის 17 მარტი