《淺談格路計數相關問題》 - 學習筆記


ddy Orz

好像是一些很妙妙的東西,但是更妙妙的東西被略過了(

開始抄論文。

2 \(\text{Dyck}\)

2.3 \((n,m)\!-\!\text{Dyck}\) 路的計數

很顯然,如果 \(n\perp m\) ,那么有 \(period(P)=n+m\)

然后考慮把互為循環移位的一組 \(P\) 放在一起考慮,即一次考慮 \(n+m\) 個。

驚喜地發現,這 \(n+m\) 個里面好像恰好有一個是 \text{Dyck} 路,而其他都不是。

存在性:任取一條不合法路徑出來(顯然這個是一定存在的),找到所以 \(y={m\over n}x\) 下方的點,取出到這條直線距離最遠的點。這個點會把路徑分成 \(P_1P_2\) ,那么可以發現把路徑重組成 \(P_2P_1\) 就一定合法了。

唯一性:如果拆出來的點不是距離最遠的那么一定不合法。如果存在兩個距離相等(且不為 0 )的點,那么經過這兩個點的直線與 \(y={m\over n}x\) 平行,而這與 \(n\perp m\) 矛盾。

所以 \(n\perp m\)\((n,m)\!-\!\text{Dyck}\) 路的數量為 \({1\over n+m}{n+m\choose n}\)

2.4 有 \(k\) 個峰的 \((n,m)\!-\!\text{Dyck}\) 路計數

定義為路徑中連續兩步為 \(UL\) 的個數。

考慮把路徑里的連續 \(U\) 和連續 \(L\) 縮成一個,那么路徑會長成 (L)ULULUL..UL(U) 的樣子。用插板法容易得到有 \(k\) 個峰的 \((0,0)\)\((n,m)\) 的自由路數量為 \({n\choose k}{m\choose k}\)

而如果還要求是 \((n,m)\!-\!\text{Dyck}\) 路呢?同樣假設 \(n\perp m\) 。此時縮點之后的合法路徑只能長成 ULULUL...UL 的樣子,並且離直線距離最遠的一定是 \(LU\) 之間那個點。這樣的點有 \(k\) 個,所以可以得到數量為 \({1\over k}{n-1\choose k-1}{m-1\choose k-1}\)

2.5 \(t\!-\!\text{Dyck}\) 路計數

這里滿足 \(t\) 為正整數。由於斜率變得任意,所以不能直接用翻折法了。

由於 \(\gcd(n,tn)=n\) ,所以不能照搬上面的做法。但是考慮到 \(\gcd(n,tn+1)=1\) ,所以可以看看把終點往上移一格會發生什么。

發現這樣非常 amazing 啊,把得到的 \((n,tn+1)\!-\!\text{Dyck}\) 路的第一個 \(U\) (顯然第一個只能是 \(U\) )刪掉之后,竟然剛好能對應回一條 \((n,tn)\!-\!\text{Dyck}\) 路。

這是因為連接 \((0,0),(n,tn)\) 和連接 \((0,0),(n,tn+1)\) 的線段之間沒有整點,而臨界狀態的那些點往下一格剛好也還是合法的。

所以 \(m=tn\) 的各種東西也可以數了。

甚至還有更有趣 (niubi) 的東西:

不是很懂這兩條是否真的是對的:直接令 \(t={m\over n}\) , (12) 給出的答案是 \({1\over n+1}{n+m\choose n}\) ,但 \(n\perp m\) 時剛剛推出來的答案是 \({1\over n+m}{n+m\choose n}\) 。或許是筆誤?

然而被略過了(

3 不相交格路

大力映射,大力翻折。

3.1 \(n\) 階不交 \(\text{Dyck}\) 路計數

注意定義里寫的是穿過,即重合是不算相交的。強制 \(P\)\(Q\) 上方。什么時候會相交呢?某個時刻 \(P,Q\) 在同一個點,然后 \(Q\) 往上走, \(P\) 往右走,這就算穿過。

穿過的定義和 LGV 引理使用的條件略有不同,所以考慮修改一下。把 \(P\) 往左再往上移動一格,起終點變為 \((-1,1),(n-1,n+1)\) ,此時如果 \(P,Q\) 有公共點那么就認為它們相交。

現在應該已經可以使用 LGV 引理了(不相交路徑的定義相同了,並且如果起終點反了那么一定會相交,所以不會被算進答案),但是形式還不夠好看。

我們強行讓路徑 \(P\) 的開頭向下延伸兩格,結尾向右延伸兩格,可以發現答案不變。此時所有起點終點都在 \(y=x\) 上,路徑條數就是卡特蘭數。運用 LGV 引理,得到答案 \(C_{n+2}C_n-C_{n+1}^2\)

然后又是更有趣 (niubi) 的東西:

然后又被略過了(((

不過這個式子的下標好像和上面那個 \(C_{n+2}C_n-C_{n+1}^2\) 不太一樣,大概是定義的鍋。

這個式子看起來很像是用 LGV 引理求出來的東西。

3.2 不交自由路對計數

先考慮不接觸自由路對。這個除了起點終點就很迷惑,所以考慮 \(P\) 的第一步必然是 \(U\) ,最后一步必然是 \(L\)\(Q\) 同理。所以都刪掉第一步和最后一步,得到 \((\tilde{P},\tilde Q)\) (即 \(P=U\tilde PL,Q=L\tilde QU\) )。現在 \(\tilde P,\tilde Q\) 完全沒有公共點,直接應用 LGV 引理得到

再考慮不交自由路,其實一模一樣,往左上平移一格即可。

3.3 不接觸自由路對與 \(k\) 個峰的 \(\text{Dyck}\) 路的關系

可以造出一個有趣的映射。

(我就是論文搬運工)

剩下的實際應用不想看了,就這樣吧。


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