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拟阵对偶

Matroid duality

以基的补集为基定义的对偶拟阵构造。

条目类型
定义

形式陈述

设有限拟阵 M=(E,I) 的基族为 B。对每个基取集合补,所得集合族

B={EB:BB}

满足基交换公理,因而定义同一底集上的对偶拟阵 M。它满足 (M)=M,且对任意 XE

rM(X)=|X|rM(E)+rM(EX).

M 的圈称为 M 的余圈;删除与收缩在对偶下交换:(Me)=M/e(M/e)=Me

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 Ur,n=Unr,n。若 G 是连通平面图,则在固定平面嵌入下,M(G) 与平面对偶图 G 的图拟阵同构;一般非平面图的图拟阵对偶未必仍是图拟阵。对偶不是把所有独立集逐个取补:独立集补集通常不构成对偶独立集,定义只从基的补集出发。环与余圈也不是普通集合补集关系。

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。
关系图谱6 个相邻概念 · 1 类关系

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