• 置换群的性质与burnside引理


    置换群

    顾名思义,由置换作为元素的群,(n=mid Smid),n称为置换群G的阶,G中有(n!)个置换

    一个置换群中的性质:

    1.封闭性:两个置换,即映射,他们的运算结果也是一个等阶映射。

    注意,(1 2)之类的不完整循环仅仅是缩写,只表示其他元素直射,不要误认为他们不等阶

    2.结合律:(p1*(p2*p3)=(p1*p2)*p3)一样成立

    3.单位元:e表示所有元素直射

    4.逆元:就是p的反射,对于一个由对换的积表示的p

    (p=(a1space a2)......(akspace an))

    (p^{-1}=(akspace an)......(a1space a2))

    置换群的重要之处在于任意有限群都与置换群同构,置换群通过元素之间的映射表示变换,即可以表示一切有限群

    一个置换分解为对换积的奇偶性成为该置换的奇偶性,一个群中奇偶置换的个数相等,等于(1/2*n!)

    轨道-稳定化子定理

    轨道:在G中,所有k可以映射到的点集被称为轨道,(E_k),又称等价类

    稳定化子:在G中,所有k为直射的置换的集合被称为稳定化子,(Z_k),并且其为G的子群

    (mid Z_kmid*mid E_kmid=mid Gmid)



    Burnside引理

    G是(N={1,2......n})上的置换群,G在N上可引出不同的等价类,并且其个数为

    (l=mid Gmid^{-1} *Sigma^{g}_{i=1}c_1(a_i))

    burnside引理的严格证明较复杂,在此略去,只谈一下我的理解

    对于同一个等价类,其中所有元素会保持在一个置换中保持相同的性质,即都作为不动点或都不作为不动点

    关于这个公式,直接看肯定有不理解之处,只能在实践中体会



    举一个例子,求n个不同的人围成一桌的方案数

    首先,我们知道这是个圆周排列,方案数为((n-1)!)

    用burnside引理的角度,一共存在(n!)种方案,对于每一个方案,存在((n-1))个与其循环同构的置换

    并且这(n)个循环同构的置换贡献总共为1

    考虑这组置换中的每一个点,由于每一个点权重相等,且这组没有本质区别的置换每一次循环的格式相同

    可以把贡献分摊在每一个点上,看成每一个点贡献为1,由于权重相等,这组置换的贡献为n,去重后为1


    这个题非常简单,但是它揭露了几个性质:

    1.每个点权重相等,即在统计时不会因为置换的原因而改变贡献

    2.burnside引理要列举每一个状态,时间复杂度实际上是阶乘级的

    3.最关键的步骤在找同构。这个题中由于是圆周,体现为循环

    先写到这里,后面会陆续找一些例题来分析(咕咕咕

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