“图的森林族给出拟阵,其基对应生成树或生成森林。图的有向关联矩阵在每个域上表示这套独立关系;拟阵贪心定理立即推出 Kruskal 型最小生成树正确性,对偶拟阵则在平面图中连接对偶图的余树结构。…”
形式陈述 ​
设有限拟阵
满足基交换公理,因而定义同一底集上的对偶拟阵
直觉
对偶把“选择一个基”改看成“留下其补集”,但补集族仍满足拟阵基交换公理。原拟阵中独立、生成、回路与割集在对偶中交换角色;这不是简单把独立集取补,因为任意独立集的补通常并非对偶独立。秩公式精确记录一个集合保留了多少原始约束。
例子与边界
均匀拟阵满足
对平面三角形,原图任一生成树含两条边;其补集只有一条边,恰是对偶图——两个顶点间三条平行边——的一棵生成树。更一般地,原图的桥在平面对偶中变成自环,因为它两侧属于同一个面;原图的环则对应对偶中的割。这个对应依赖给定的平面嵌入,而抽象拟阵对偶本身不需要嵌入。
推论与应用
拟阵的基补集定义对偶结构,在图拟阵中连接回路与割,并把生成树的补集视为对偶基。对偶秩公式可把最小生成与最大余独立互换;对偶的回路就是原拟阵的 cocircuit,这也解释删元素与缩元素为何互为对偶操作。Tutte 多项式的删缩递推、网络流及编码理论中的生成矩阵与校验矩阵都体现同类对称关系。
参考资料
- James Oxley, Matroid Theory, 2nd ed., Oxford University Press, 2011,Ch. 2, dual matroids, rank formula, deletion, and contraction。
- J. H. van Lint and R. M. Wilson, A Course in Combinatorics, 2nd ed., Cambridge University Press, 2001,Ch. 13, bases, duality, circuits, and cocircuits。