Assintoticamente, quantas permutações de

Considere uma permutação $\sigma$ de $[1..n]$ . Uma inversão é definida como um par $(i, j)$ de índices tais que $i < j$ e $\sigma(i) > \sigma(j)$ .

Defina $A_k$ como o número de permutações de $[1..n]$ com no máximo $k$ inversões.

Pergunta: Qual é o forte limite assintótico para $A_k$ ?

Uma pergunta relacionada foi feita antes: Número de permutações que têm a mesma distância Kendall-Tau

Mas a pergunta acima era sobre a computação . Ele pode ser calculado usando programação dinâmica, pois satisfaz a relação de recorrência mostrada aqui: /programming/948341/dynamic-programming-number-of-ways-to-get-ateastln-bubble -sort-swaps $A_k$

O número de permutações com exatamente inversões também foi estudado e pode ser expresso como uma função geradora: http://en.wikipedia.org/wiki/Permutation#Inversions $k$

Mas não consigo encontrar uma fórmula de forma fechada ou um limite assintótico.

co.combinatorics permutations Vinayak Pathak
fonte

Se você tiver um polinômio gerador para uma sequência, poderá derivar o polinômio gerador para as somas do prefixo apenas multiplicando o polinômio por

. No seu caso, você usaria o polinômio ao qual vincula que calcula exatamente as k inversões.

1 / (1 - x)

$1/(1-x)$

Suresh Venkat

Isto é oeis.org/A161169

András Salamon

@SureshVenkat Obrigado pela dica. Mas eu ainda vai ser preso com encontrar o coeficiente de

neste realmente complicado polinômio em termos de

e eu não vejo como fazer isso.

x^{k}

$x^k$

n

$n$

k

$k$

Vinayak Pathak

para obter o coeficiente de

, pegue a derivada

ésima do polinômio gerador e avalie-o em

x^{k}

$x^k$

k

$k$

x = 0

$x = 0$

Sasho Nikolov

Respostas:

Segundo a Wikipedia, o número de permutações em com exatamente inversões é o coeficiente de em Denote isso por . Isso mostra que $S_n$ $k$ $X^k$

1 (1 + X) (1 + X + X^{2}) \dots (1 + X + \dots + X^{n - 1}) .

$1(1+X)(1+X+X^2)\cdots(1+X+\cdots+X^{n-1}).$

c (n, k)

$c(n,k)$

c (n + 1, k) = \sum_{l = 0}^{k} c (n, k - l) .

$c(n+1,k) = \sum_{l=0}^k c(n,k-l).$ Portanto, o número de permutações em

com no máximo

inversões é igual ao número de permutações em

com exatamente

inversões. Isso também tem uma prova combinatória pura (dica: pegue

e remova

S_{n}

$S_n$

k

$k$

S_{n + 1}

$S_{n+1}$

k

$k$

π \in S_{n + 1}

$\pi\in S_{n+1}$

n + 1

$n+1$

Se estamos interessados apenas no coeficiente de , os fatores para não fazem diferença. Assim, para , é o coeficiente de em $X^k$ $X^m$ $m > k$ $n > k$ $c(n,k)$ $X^k$

\begin{aligned} 1 (1 + X) \dots (1 + X + \dots + X^{k - 1}) (1 + X + \dots + X^{k} + \dots)^{n - k} \\ = & 1 (1 + X) \dots (1 + X + \dots + X^{k - 1}) \frac{1}{(1 - X)^{n - k}} \\ = & 1 (1 + X) \dots (1 + X + \dots + X^{k - 1}) \sum_{t = 0}^{\infty} (\binom{t + n - k - 1}{t}) X^{t} . \end{aligned}

$\begin{align*} &1(1+X)\cdots(1+X+\cdots+X^{k-1}) (1+X+\cdots+X^k+\cdots)^{n-k} \\ = &1(1+X)\cdots(1+X+\cdots+X^{k-1}) \frac{1}{(1-X)^{n-k}} \\ = &1(1+X)\cdots(1+X+\cdots+X^{k-1}) \sum_{t=0}^\infty \binom{t+n-k-1}{t} X^t. \end{align*}$

c (n, k) = \sum_{t = 0}^{k} (\binom{n + t - k - 1}{t}) c (k, k - t), n > k .

$c(n,k) = \sum_{t=0}^k \binom{n+t-k-1}{t} c(k,k-t), \quad n > k.$

$k$ $t = k$

c (n, k) = (\binom{n - 1}{k}) + O_{k} (n^{k - 1}) = \frac{1}{k!} n^{k} + O_{k} (n^{k - 1}) .

$c(n,k) = \binom{n-1}{k} + O_k(n^{k-1}) = \frac{1}{k!} n^k + O_k(n^{k-1}).$

c (n + 1, k)

$c(n+1,k)$

$k$ $\binom{n+t-k-1}{t} = \binom{n+t-k-1}{n-k-1}$ $t$ $\sum_{t=0}^k c(k,t) \leq k!$

(\binom{n - 1}{k}) \leq c (n, k) \leq k! (\binom{n - 1}{k}) .

$\binom{n-1}{k} \leq c(n,k) \leq k! \binom{n-1}{k}.$

Yuval Filmus
fonte

c (n, k) \leq k! (\binom{n - 1}{k}) \leq e k^{k + 1 / 2} e^{- k} (e (n - 1) / k)^{k}

$c(n,k)\leq k!\binom{n-1}{k} \leq ek^{k+1/2}e^{-k}(e(n-1)/k)^k$

c (n, k) \leq e \sqrt{k} (n - 1)^{k}

$c(n,k) \leq e\sqrt{k}(n-1)^k$

SamM