鏈-反鏈-Dilworth定理


偏序集:We define a Partially Ordered Set, or a Poset, as a set P with a partial ordering  defined on it’s elements. I.e, for any two elements x and y of P, either x ≤ y, y ≤ x (x and y are comparable), or x || y (x and y are incomparable).

鏈(chain)是一個偏序集S的全序子集(所謂全序是指任意兩個元素可比較)

反鏈(antichain)是一個偏序集S的子集,其中任意兩個元素不可比較

極大(maximal)鏈:對一個鏈C,如果找不到另一個鏈C',使得C是C'的真子集,那么稱鏈C是極大的

極大(maximal)反鏈:對一個反鏈A,如果找不到另一個反鏈A',使得A是A'的真子集,那么稱反鏈A是極大的

最大鏈(maximum/longest):鏈C包含元素個數不少於任意其他鏈C',則C是最大鏈

最大反鏈(maximum/largest):類似最大鏈定義

(易見,最大鏈必然是極大鏈,最大反鏈必然是極大反鏈,可以用反證法)

偏序集S的最大鏈的大小稱為偏序集S的高度(height)

偏序集S的最大反鏈的大小稱為偏序集S的寬度(width)

Proposition 1. A maximal chain in a finite nonempty poset(偏序集, partially ordered set) must contain a maximal element of
S (and a minimal element).

(所謂maximal element,是指:如果對x,不存在元素y使得x≤y,則x是maximal element)

(此處≤表示偏序關系,不是“小於或等於”,下同)

證明:考慮這個最大鏈的maximal element x,如果x是S中的maximal element,已經得證;若否,則存在S中元素z,使得z≤x

,由偏序關系的傳遞性,鏈中的每個元素都≤z,於是將z加入鏈將得到一個更大的鏈,矛盾。同理可證, 最大鏈也包含S的一個minimal element

Proposition 2. The set of maximal elements of a finite poset S is a maximal antichain; likewise,
the set of minimal elements of a nite poset S is a maximal antichain.

證明:(僅針對maximal,minimal類似)首先極大元素組成的集合(記為M)是個反鏈,因為任取兩個元素x, y,x≤y不成立,否則x不是maximal;y≤x同樣不成立,因此x和y不可比較,所以M中任意兩個元素都不可比較,是反鏈。

然后證明它是極大的。考慮剩下元素(S-M)中任意一個z,我們要證明如果把z添加到M中,將破壞反鏈的性質。首先z不是極大的,因為極大元素都在M中,所以存在z2使得z≤z2,如果z2是極大的,則加入z將使得M中的z和z2可比較;如果z2不是極大的,可以繼續找z3,使得z2≤z3……,直到找到zk是極大的,根據傳遞性,z≤zk,加入z將使得M中的z和zk可比較。因此剩下元素中的每一個都不能加到M中,所以M是極大反鏈。

 

Proposition 3. Suppose P is partitioned into a finite set of chains C1, C2 ... Cn. If A is an

antichain, then there is at most one element of A in each Ci; thus n >= |A|.

證明:很顯然,如果A中有兩個元素屬於某個Ci,那么Ci就違反了鏈的性質——任意兩個元素可比較

既然如此,n >= |A|也是很自然的

 

這個證明比較復雜,第一句是證明存在性,比較難;后面還是相對容易的,每個Ci都恰好包含1個A中的元素,而且不可能有一種划分,使得鏈的個數小於n(否則就會有某個鏈至少含有2個A中的元素,那就不是鏈了)

Corollary 1. If |S| > mn, then S has either height of at least m + 1 or width of at least n + 1.

 證明:假設S最長鏈大小為u,最大反鏈大小為v,根據Dilworth定理,S可以划分為v個鏈,C1, ..., Cv,|Ci|<=u且

|C1|+|C2|+...+|Cv|=|S|

反證:如果高度<=m且寬帶<=n,即u<=m, v <= n,則|S|=|C1|+|C2|+...+|Cv|<=u*v = m*n,矛盾

 

理解起來應該類似於Dilworth定理,如果對證明感興趣,看http://aleph.math.louisville.edu/teaching/2009FA-681/notes-091119.pdf

本篇文章均整理自這個文檔,這只是一個筆記


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