交错排列与有序集合划分中的有禁模式

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有禁排列的概念是1968年由Knuth在研究栈排序时提出的。Simion和Schmidt首先系统地研究了有禁排列并提出了“模式”这一概念。之后,有禁模式的概念被推广到许多其它组合结构,如上升序列,交错排列,集合划分,有序集合划分等。结果表明,有禁模式的研究与许多其它问题密切相关,包括Kazhdan-Lusztig理论,Schubert簇的奇异性,Ferrers棋盘上的车多项式和多种排序算法。  本文主要研究有禁交错排列和有禁有序集合划分中的计数问题。我们解决了Lewis提出的两个关于避免4长模式的交错排列Wilf-等价的猜想。令[n]表示集合{1,2,…,n}。我们回答了Godbole,Goyt,Herdan和Pudwell提出的关于计数避免123模式且含有k块的[n]上有序集合划分的问题。同时,我们解决了Godbole等人提出的关于避免123模式并且每一块大小都是2的[2n]上有序集合划分数的递推关系的猜想。此外,我们对有禁有序集合划分的概念进行了推广。我们考虑了避免模式是一个有序集合划分,而并非排列的有序集合划分的计数问题,并且给出了避免模式大小等于2或3的有序集合划分的计数公式。  本文共分为四章。在第一章,我们回顾了一些有禁交错排列和有禁有序集合划分的背景知识,并介绍了本文的主要结果。  在第二章,我们主要研究了避免一个4长模式的交错排列的计数问题。若一个排列π=π1π2…πn满足π1<π2>π3<π4>…,我们就称它为一个z长的交错排列。令An为所有z长的交错排列构成的集合,令An(σ)为所有避免σ模式的n长交错排列构成的集合。最近,Lewis用生成树的方法对A2n(1234),A2n(2143)和A2n+1(2143)进行了计数。他提出了一些关于避免4长模式的交错排列的Wilf-等价的猜想。其中一些猜想已被Bóna,Xu和Yan解决。本章中,我们通过构造生成树,解决了Lewis的两个猜想:|A2n+1(1243)|=|A2n+1(2143)|和|A2n(4312)|=|A2n(1234)[。  在第三章,我们主要研究了避免一个3长模式的有序集合划分的计数问题。对于一个[n]上的集合划分,若对它的块赋予一个线性序,它就变成一个[n]上的有序集合划分。令(GJ)n,k为所有含有k块的[n]上有序集合划分构成的集合,令(GJ)n,k(σ)为(GJ)n,k中所有避免σ模式的有序集合划分构成的集合。对于任意一个3长排列σ,Godbole,Goyt,Herdan和Pudwell给出了避免σ模式的含有3块和含有n-1块的[n]上有序集合划分的计数公式。他们还得到对于任意一个3长排列σ,都有|(GJ)n,k(σ)|=|(GJ)n,k(123)|。此外,他们提出对(GJ)n,k(123)进行计数的问题并且猜想避免123模式且每一块大小都是2的[2n]上有序集合划分数满足一个2阶线性递推关系。为计数(GJ)n,k(123),我们建立了|(GJ)n,k(123)|与避免123模式的含有d个下降位的[n]上排列个数en,d的一个联系。基于这个联系,利用Barnabei,Bonetti和Silimbani给出的en,d的双变量生成函数,我们得到了|(GJ)n,k(123)|的双变量生成函数。同时,我们通过求得避免123模式并且每一块大小都是2的[2 n]上有序集合划分数的生成函数,解决了Godbole等人提出的猜想。  在第四章,我们推广了Godbole等人提出的有禁有序集合划分的概念。我们考虑了避免模式是一个有序集合划分,而并非排列的有序集合划分的计数问题。我们称上述模式为广义模式。给定一个有序集合划分σ,令(GJ)n,k(σ)为(GJ)n,k中所有避免σ广义模式的的有序集合划分构成的集合。对于任意一个大小为2或3的有序集合划分σ,我们给出了|(GJ)n,k(σ)|的明确公式。此外,我们建立了一个(GJ)n,k(13/2)到(GJ)n,k(12/3)的双射。
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