形式陈述
给定 ,把它看作“被标记的位置”,未必都是必须避免的位置。对排列 记
在已知车数理路车多项式与禁位排列Rook polynomial · 禁位棋盘计数把兼容的禁位交集编码为非攻击车,证明删占递推、独立分块乘积和禁位排列的容斥公式。 后,全部命中分布由一个平移确定:
所以
而反方向是
边界 给 ; 恢复避免全部禁位的容斥式。不要把 本身误作 :前者只放 个车,后者放满 个车并要求恰有 个落在 。
直觉
先数一个更容易的对象:一份完整排列,再从它命中的格子里圈出 格。若排列一共命中 格,可以圈出 种不同的证据;因此按完整排列分类,圈选对的数量是 。
改为先选圈出的格子。它们必须是一组非攻击车,有 种;把其余行列补满有 种。于是同一批“排列加圈选证据”给出逆方向等式。这是握手计数理路握手引理Handshaking lemma有限无向图中所有顶点度数之和等于边数的两倍。中“先固定被关联的一侧”思想的迁移,数的对象不再是端点,而是一个被标记的子配置。
将这个等式乘 后求和,用二项式定理理路二项式定理Binomial theorem(x+y)^n 按二项式系数展开为各次幂项之和。得到
再令 即得主公式。所有多项式都是有限的,因此这里不存在无限换序或收敛问题。
例子与边界
对禁位板 ,车多项式给 。因此
逐阶展开可检查 系数:。恰命中三格的排列只能是 ,恰命中四格的是 ;这两项在板上直接可见。零命中的六项在车多项式页列全。
反向核验 不再重复同一种展开:
此外 ;,也等于五个标记格子各被 份排列占用所得的总命中次数。
若 ,两个排列都恰命中一格,故 。虽然 ,却没有任何能同时圈中两格的排列,。因此“有两个被标记位置”不意味着可能有两次命中。
由任意非负系数多项式冒充车多项式也可能失败。例如假设 ,变换给 ,出现负计数,证明这组数据不可能来自真正的两行两列棋盘。
推论与应用
对于对角板,恰有 个固定点的排列数是 :先选固定点,再在剩下的位置做错排理路错排Derangement没有任何元素停留在原位置的置换及其计数问题。。这提供了命中公式的独立校验,而不是另建一页近名“固定点计数”。
命中多项式还能帮助比较两块限制不同的棋盘:在同一个 下,它们具有相同车数,当且仅当具有相同命中数,因为 可逆。但这只比较计数,不给逐个合法安排之间的自然双射,也不说明棋盘必可由换行、换列互相得到。
给车放置加权时必须重做“双计数的剩余完成”一步。若每个完整排列的权重依赖于其全部位置,剩余行列的权重和通常不是 ;不能只把 换成任意加权系数就宣称公式原样成立。
参考资料