Кнут, де Брюйн и Райс «Средняя высота посаженных плоских деревьев» (1972)


15

Я пытаюсь получить классическую статью из заголовка только элементарными способами (без генерирующих функций, без сложного анализа, без анализа Фурье), хотя и с гораздо меньшей точностью. Короче говоря, я «только» хочу доказать, что средняя высота дерева с узлами (то есть максимальное количество узлов от корня до листа) удовлетворяет . н ч нhnnhnπn

Схема выглядит следующим образом. Пусть будет количеством деревьев с высотой, меньшей или равной (с для всех ) и B_ {nh} количеством деревьев в n узлах. с высотой, большей или равной h + 1 (то есть B_ {nh} = A_ {nn} - A_ {nh} ). Тогда h_n = S_n / A_ {nn} , где S_n - конечная сумма S_n = \ sum_ {h \ geqslant 1} h (A_ {nh} - A_ {n, h-1}) = \ sum_ {h \ geqslant 1 } h (B_ {n, h-1} - B_ {nh}) = \ sum_ {h \ geqslant 0} B_ {nh}. Хорошо известно, что A_ {nn} = \ frac {1} {n} \ binom {2n-2} {n-1}AnhhAnh=AnnhnBnhnh+1Bnh=AnnAnhhn=Sn/AnnSnA n n = 1

Sn=h1h(AnhAn,h1)=h1h(Bn,h1Bnh)=h0Bnh.
Ann=1n(2n2n1)для множества общих деревьев с n узлами находится в биекции с множеством двоичных деревьев с n1 узлами, посчитанными по каталонским числам.

Следовательно, первый шаг - найти Bnh а затем главный член в асимптотическом разложении Sn .

На данный момент авторы используют аналитическую комбинаторику (три страницы) для получения

Bn+1,h1=k1[(2nn+1kh)2(2nnkh)+(2nn1kh)].

Моя собственная попытка заключается в следующем. Я рассматриваю биекцию между деревьями с n узлами и монотонными путями на квадратной сетке (n1)×(n1) от (0,0) до (n1,n1) которые не пересекают диагональ (и делаются из двух видов шагов: и ). Эти тропинки иногда называют тропами Дейка или экскурсиями . Теперь я могу выразить Bnh в терминах путей решетки: это число путей Дейка длиной 2 (n-1) и высотой, большей или равной h . (Примечание: дерево высотой h находится в биекции с дорожкой Дика высотой h1 .)

Без ограничения общности я предполагаю, что они начинаются с (следовательно, остаются выше диагонали). Для каждого пути я рассматриваю первый шаг, пересекающий линию y=x+h1 , если таковой имеется. Из пункта выше, вплоть до начала координат, я меняю на и наоборот (это отражение по линии y=x+h ). Становится очевидным, что пути, которые я хочу сосчитать ( Bnh ), находятся в биекции с монотонными путями от (h,h) до (n1,n1) которые избегают границ y=x+2h+1 и y=x1 . (См. Рисунок .)

В классической книге Mohanty (1979, стр. 6) « Подсчет путей в решетке и приложения » формула подсчитывает количество монотонных путей в решетке от до , которые обходят границы и , где и . (Этот результат был впервые установлен российскими статистиками в 50-х годах.) Поэтому, рассматривая новое происхождение в , мы удовлетворяем условиям формулы: ,(0,0)(m,n)y=x-ty=x+st>0s>0(-h,h)s=1

kZ[(m+nmk(t+s))(m+nn+k(t+s)+t)],
(0,0)(m,n)y=xty=x+st>0s>0(h,h)s=1t=2h+1и пункт назначения (верхний правый угол) теперь . Тогда Это можно упростить в что, в свою очередь, эквивалентно Разница с ожидаемой формулой состоит в том, что я суммирую по нечетным числам ( ) вместо всех натуральных чисел ( ).B n h = k Z [ ( 2 n - 2(n+h1,nh1)Bn+1,h-1=kZ[
Bnh=kZ[(2n2n+h1k(2h+2))(2n2nh1+k(2h+2)+2h+1)].
Bn+1,h-1=k0[
Bn+1,h1=kZ[(2nn+1(2k+1)h)(2nn(2k+1)h)],
2к+1к
Bn+1,h1=k0[(2nn+1(2k+1)h)2(2nn(2k+1)h)+(2nn1(2k+1)h)].
2k+1k

Есть идеи, где проблема?


Вы говорите, что хотите использовать только элементарные вещи, но вы используете результат из книги. Как Mohanty получает идентичность, которую вы используете?
Рафаэль

В первом предложении я определяю, что я подразумеваю под «элементарным»: нет генерирующих функций, нет комплексного анализа, нет анализа Фурье. В своей книге Моханти использует элементарные средства для получения этой формулы, точнее, принципов отражения и включения-исключения на путях решетки. (Я использую первое выше.) Если вы настаиваете, я добавлю его доказательство в конце вопроса.
Кристиан,

Вовсе нет, просто хотел убедиться, что ты сам не нарушаешь свое правило.
Рафаэль

Мне очень странно видеть «производящие функции» в списке неэлементарных методов, когда аналитическая комбинаторика, по-видимому, считается элементарной. выглядит почти не элементарным значением; есть ли у вас, например, сопоставимое доказательство асимптотики центрального биномиального коэффициента, чтобы лучше понять, что вы ищете? Я подозреваю, что эти двое тесно связаны ...π
Стивен Стадницки

Ответы:


2

Монотонные пути от до которые вы строите, избегают только границы прежде чем они пересекут в первый раз. Таким образом, формула, которую вы используете, не применима.( n - 1 , n - 1 ) y = x + 2 h + 1 y = x + h(h,h)(n1,n1)y=x+2h+1y=x+h

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.