狄尔沃斯定理 —— Dilworth's Theorem

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狄尔沃斯定理 —— Dilworth's Theorem

0x00 前置知识:

1、偏序关系

  • 概述:

”偏序集合(英语:Partial order set,简写poset)是数学中,特别是序理论中,指配备了部分排序关系的集合。这个理论将排序、顺序或排列这个集合的元素的直觉概念抽象化。这种排序不必然需要是全部的,就是说不必要保证此集合内的所有对象的相互可比较性。部分排序集合定义了部分排拓扑。“————百度百科


  • 形式定义

RR是集合AA上的一个二元关系,若RR满足:

Ⅰ自反性:对任意xAx\in A,有xRxxRx

Ⅱ反对称性(即反对称关系):对任意xxyAy\in A,若xRyxRy,且yRxyRx,则x=yx = y

Ⅲ传递性:对任意xxyyzAz\in A,若xRyxRy,且yRzyRz,则xRzxRz

则称RRAA的偏序关系,通常记作\preccurlyeq。注意这里的\preccurlyeq不必是指一般意义上的”小于或等于“。

若然有xyx\preccurlyeq y,我们也说xx排在yy前面 (x precedes y)

2、偏序集

  • 概述:

……

若在集合AA上给定一个偏序关系\preccurlyeq,则称集合AA按偏序关系\preccurlyeq构成一个偏序集合,集合AA和偏序RR一起称为偏序集,记作<a,a,\preccurlyeq>。

3、链和反链

  • 概述:

设<AA>是一个偏序集合,在AA的一个子集中,如果每两个元素都是有关系的,则称这个子集为。在AA的一个子集中,如果每两个元素都是无关系的,则称这个子集为反链。

我们约定,若AA的子集只有单个元素,则这个子集既是外链又是反链。

例如<AA>表示一个单位里所有工作人员的集合,表示领导关系,则<AA>为一偏序集,其中部分工作人员之间有领导关系的组成一个链。还有部分工作人员没有领导关系的组成一个反链。


0x01 狄尔沃斯定理 (Dilworth's Theorem)

  • 概述:

”狄尔沃斯定理(Dilworth's Theorem)亦称偏序集分解定理,是关于偏序集的极大极小的定理,该定理断言:对于任意有限偏序集,其最大反链中元素的数目必等于最小链划分中链的数目。此定理的对偶形式亦真,它断言:对于任意有限偏序集,其最长链中的元素的数目必等于其最小反链划分中反链的数目,有偏序集中PP按如下方式产生的图GG称为偏序集的可比图:GG的节点集由PP的元素组成,而eeGG中的边,仅当ee的两端点在PP中是可比较的,有限全序集的可比图为完全图“———百度百科


  • 定理:对偏序集<A,A, \preccurlyeq>,设AA中最长链的长度是nn,则将AA中元素分成不相交的反链,反链个数至少是nn

  • 证明:施归纳于nn

    n=1n = 1时,AA本身就是一条反链,定理结论成立。(这时\preccurlyeq是恒等关系)。

    假设对于n=kn = k,结论成立。考虑n=k+1n = k + 1的情况,当AA中最长链的长度为k+1k + 1时,令MMAA中极大元的集合,显然MM是一条反链。而且AMA - M中最长链的长度为kk。由归纳假设,可以把AMA - M分成至少kk个不相交的反链,加上反链MM,则AA可分成至少K+1K + 1条反链。


0x02 写在最后:

在洛谷上做了一道题P1020 [NOIP1999 普及组] 导弹拦截用到该结论。