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极值组合学

/extremal combinatorics/
条目作者侯庆虎

侯庆虎

最后更新 2022-01-20
浏览 231
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研究在一定的限定条件下,一类组合物体(集合、图、向量等)的最多或最少能有多少个的组合数学分支。

英文名称
extremal combinatorics
所属学科
数学

极值组合学中最重要的一类问题是研究特定的子集族的大小。例如,固定正整数,从给定的元集合中至多可以找到多少个元子集,使得它们两两都相交?著名的EKR定理断言:时,这个集族最大可以为:


这个结果是P.爱尔特希(Paul Erdös,匈牙利,1913-03-26~1996-09-20)、中国学者柯召和R.拉多(Richard Rado,英国,1906-04-28~1989-12-23)在1938年首先证明的。另一方面,从给定的元集合中至多可以找到多少个子集,使得彼此互不包含?结果是:

极值图论研究满足某种性质的最大或最小图。例如,一个个顶点的图最少要有多少条边才能保证其中含有一个-团? 图兰定理断言:边数最多的不含-团的个顶点的图是一个部完全图,这里的每两个部分所含的点数的差都不超过1。爱尔特希-斯通定理进一步用给定图的色数给出了不含图的图的边数的上界,被视为极值图论的基本定理。

拉姆齐理论是极值组合学的另一重要研究课题。假设人与人之间都是相互认识或相互不认识的。那么至少要有多少人,才能保证其中有三个人互相认识,或有三个人互相不认识?结果是6个人,被称为拉姆齐数,记作。精确地确定一个拉姆齐数非常困难。时至今日,人们也只知道。P.爱尔特希曾说,假设一个远比人类强大的外星人说:“告诉我的值,否则我就要毁灭人类。”也许最好的策略是集中所有的计算机科学家和数学家来求这个值。但如果外星人要问,人类最好的选择恐怕是和它拼命。

一个与拉姆齐理论相关的范德瓦尔登定理断言:对于任意给定的正整数, 都存在一个正整数,使得对种颜色染色后,一定存在个数,它们颜色相同,且形成一个等差序列。作为其推广,Szemerédi定理断言一个自然数集有正密度,则对任何正整数,集合包含任意多个长度为的等差序列。B. 格林(Ben Green,英国,1977-2-27~  )与陶哲轩进一步推广了上述定理,并用其证明了素数集中存在任意长的等差序列。

  • JUKNA S.Extremal combinatorics: With applications in computer science. 2nd ed.Heidelberg:Springer,2011.

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