Liczenie kolorów siatki, które unikają pewnych funkcji

11

-coloring o siatka jest funkcją . Uszkodzony prostokąt w jest krotką spełniającą - to znaczy dokładnie trzy rogi prostokąta są tego samego koloru.m × nkm×nC:[m]×[n][k]( i , i , j , j ) C ( i , j ) = C ( i , j ) = C ( i , j ) C ( i , j )C(i,i,j,j)C(i,j)=C(i,j)=C(i,j)C(i,j)

Interesuje mnie następujące pytanie:

W zależności od , ile istnieje kolorów- (dla siatek dowolnego rozmiaru), które unikają duplikatów wierszy, duplikatów kolumn i połamanych prostokątów?kkk

Jak dotąd wiem, że odpowiedź jest skończona, a najlepszą górną granicą, jaką mogę udowodnić, jest (patrz poniżej).k(1.5k!)2

Zwrócę też uwagę, że jest to inne pytanie niż to, o którym Gasarch często mówił na swoim blogu (i w tym artykule ). Chce unikać wszystkich monochromatycznych prostokątów, podczas gdy nie mam nic przeciwko monochromatycznym prostokątom, to tylko te „zepsute”, których chcę uniknąć.

Jaka jest motywacja? W kryptografii rozważamy problem Alicji (która ma ) i Boba (który ma ) uczących się dla uzgodnionej funkcji , w taki sposób, że uczą się nie więcej niż . Można skojarzyć naturalnie z tabeli 2-wymiarowe, a więc barwnik siatki. Istnieją charakterystyki dla tego rodzaju problemu o następującej formie (ale z inną notacją): „ ma jakąś kryptograficznie interesującą właściwość wtedy i tylko wtedy, gdy zawiera łamany prostokąt”. Przykłady podano w Kilian91 i BeimelMalkinMicali99 .y f ( x , y ) f f ( x , y ) f f fxyf(x,y)ff(x,y)fff

Więc ten problem pojawił się w niektórych ustawieniach kryptografii, które badałem. Dla moich celów wystarczyło wiedzieć, że istnieje skończona liczba kolorów siatki, które pozwalają uniknąć połamanych prostokątów i zduplikowanych wierszy / kolumn. Ale myślałem, że sam problem kombinatoryczny jest interesujący i uważam, że lepsze granice powinny być możliwe.

Najlepsza granica, jaką mogę udowodnić: Zdefiniuj i ; stąd. Po pierwsze, można udowodnić, że jeśli jest zabarwiającym z co najmniej rzędami, to albo ma zduplikowany rząd lub łamany prostokąt. Symetrycznie można pokazać to samo w odniesieniu do kolumn. (Dowód jest dość prosty, wynikający z zasady szuflady na # kolorów.) Z tego wiemy, że kolory, o które dbamy, mają wymiary mniejsze niż , i możemy uzyskać bardzo luźna górna granica takich kolorów.R ( k ) = k R ( k - 1 ) R ( k ) = 1,5 k ! C k R ( k ) R ( k ) × R ( k ) k R ( k ) 2R(2)=3R(k)=kR(k1)R(k)=1.5k!CkR(k)R(k)×R(k)kR(k)2

Myślę, że można to poprawić na dwa sposoby: Po pierwsze, uważam, że optymalna wartość wynosi . Poniżej znajduje się (zdefiniowana rekurencyjnie) rodzina kolorystyczna, w której to kolorowanie o rozmiarze które pozwala uniknąć tych zabronionych funkcji:2 k - 1 + 1 C k k 2 k - 1 × 2 k - 1R(k)2k1+1Ckk2k1×2k1

C1=[1];Ck=[kkCk1kkkkCk1kk].

Uważam, że są to największe kolory, które unikają tych zakazanych struktur.k

Po drugie , nawet jeśli można poprawić ograniczenie opisane powyżej, nadal mamy fakt, że jest bardzo grubą granicą dla całkowitej liczby zabarwień. Zlicza to wszystkie możliwe kolory siatki , z których duża część prawdopodobnie ma zabronione cechy.k R ( k ) 2 R ( k ) × R ( k )R(k)kR(k)2R(k)×R(k)

mikero
źródło

Odpowiedzi:

2

Jeśli potrzebujesz granic dla ustalonego (zamiast asymptotycznego wyrażenia / formuły, która działa dla wszystkich ), jednym z podejść może być losowe próbkowanie: wielokrotnie wybierz losowe zabarwienie, sprawdź, czy spełnia twoje kryteria i policz, ile próby zakończyły się powodzeniem. To daje oszacowanie frakcji barw, które spełniają twoje kryteria. Można to przeliczyć na przybliżoną całkowitą liczbę kolorów spełniających podane kryteria (wystarczy pomnożyć przez ).k k m nkkkmn

Następnie możesz użyć granicy Chernoffa, aby uzyskać górną i dolną granicę liczby kolorów, które spełniają twoje kryteria, przy czym te granice zachowują się z prawdopodobieństwem (przejęte przez losowe próby). Innymi słowy, musielibyście mieć pecha przy wyborze losowych prób, aby granice były błędne.12100

DW
źródło