Rectángulo latino - Latin rectangle

En matemática combinatoria , un rectángulo América es un r  ×  n matriz (donde r  ≤  n ), usando n símbolos, por lo general los números 1, 2, 3, ...,  n o 0, 1, ..., n - 1 como sus entradas, sin que ningún número aparezca más de una vez en cualquier fila o columna.

Un rectángulo latino de n  ×  n se llama cuadrado latino .

Un ejemplo de un rectángulo latino de 3 × 5 es:

0 1 2 3 4
3 4 0 1 2
4 0 3 2 1

Normalización

Un rectángulo latino se llama normalizado (o reducido ) si su primera fila está en orden natural y también su primera columna.

El ejemplo anterior no está normalizado.

Enumeración

Sea L ( k, n ) el número de k × n rectángulos latinos normalizados . Entonces el número total de k × n rectángulos latinos es

Un rectángulo latino de 2 × n corresponde a una permutación sin puntos fijos . Estas permutaciones se han denominado permutaciones discordantes . Una enumeración de permutaciones discordantes con una permutación dada es el famoso problème des rencontres . La enumeración de permutaciones discordantes con dos permutaciones, una de las cuales es un simple desplazamiento cíclico de la otra, se conoce como problème des ménages reducido .

El número de rectángulos latinos normalizados, L ( k , n ) , de tamaños pequeños viene dado por

k \ n 1 2 3 4 5 6 7 8
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 3 11 53 309 2119
3 1 4 46 1064 35792 1673792
4 4 56 6552 1293216 420909504
5 56 9408 11270400 27206658048
6 9408 16942080 335390189568
7 16942080 535281401856
8 535281401856

Cuando k = 1, es decir, solo hay una fila, ya que los rectángulos latinos están normalizados, no hay opción para lo que puede ser esta fila. La tabla también muestra que L ( n - 1, n ) = L ( n , n ) , lo que sigue, ya que si solo falta una fila, la entrada que falta en cada columna se puede determinar a partir de la propiedad del cuadrado latino y el rectángulo se puede determinar únicamente extendido a una plaza latina.

Extensibilidad

La propiedad de poder extender un rectángulo latino al que le falta una fila a un cuadrado latino mencionado anteriormente, se puede fortalecer significativamente. Es decir, si r  <  n , entonces es posible agregar n  -  r filas a un rectángulo latino r  ×  n para formar un cuadrado latino, usando el teorema del matrimonio de Hall .

Cuadrados semilatinos

Un cuadrado semilatino es otro tipo de cuadrado latino incompleto. Un cuadrado semilatino es una matriz de n × n , L , en la que algunas posiciones están desocupadas y otras posiciones están ocupadas por uno de los enteros {0, 1, ..., n - 1 }, de modo que, si es un entero k ocurre en L , luego ocurre n veces y no hay dos k que pertenezcan a la misma fila o columna. Si m números enteros diferentes ocurren en L , entonces L tiene índice m .

Por ejemplo, un cuadrado semilatino de orden 5 e índice 3 es:

1 0 2
2 1 0
0 1 2
2 0 1
2 0 1

Un cuadrado semilatino de orden n e índice m tendrá nm posiciones llenas. Surge la pregunta, ¿se puede completar un cuadrado semilatino en un cuadrado latino? Sorprendentemente, la respuesta es siempre.

Sea L un cuadrado semilatino de orden n e índice m , donde m <n . Entonces L se puede completar en un cuadrado latino.

Una forma de demostrar esto es observar que un cuadrado semilatino de orden n e índice m es equivalente a un rectángulo latino m × n . Sea L = || a ij || ser un rectángulo latino y S = || b ij || ser un cuadrado semilatino, entonces la equivalencia viene dada por

Por ejemplo, el rectángulo latino de 3 × 5

0 1 2 3 4
3 4 1 0 2
1 0 4 2 3

es equivalente a este cuadrado semilatino de orden 5 e índice 3:

0 2 1
2 0 1
0 2 1
1 0 2
1 2 0

ya que, por ejemplo, a 10 = 3 en el rectángulo latino entonces b 30 = 1 en el cuadrado semilatino.

Aplicaciones

En estadística , los rectángulos latinos tienen aplicaciones en el diseño de experimentos .

Ver también

Notas

Referencias

  • Brualdi, Richard A. (2010), Introducción a la combinatoria (5.a ed.), Prentice Hall, ISBN   978-0-13-602040-0
  • Colbourn, Charles J .; Dinitz, Jeffrey H. (2007), Manual de diseños combinatorios (2a ed.), Boca Raton: Chapman & Hall / CRC, ISBN   978-1-58488-506-1
  • Dénes, J .; Keedwell, AD (1974), Cuadrados latinos y sus aplicaciones , Nueva York-Londres: Academic Press, p. 547, ISBN   0-12-209350-X , MR   0351850

Otras lecturas

enlaces externos

  • Weisstein, Eric W., "Latin Rectangle" , mathworld.wolfram.com , consultado el 12 de julio de 2020