2024-09-26

Kombinatorik

Exempel: Mängden funktioner

A={1,2,3,4,5,6},B={a,b,c}

Hur många surjektiva funktioner f:A→B finns det?

Antalet funktioner A till B: C={f:A→B}
Antalet surjektiva funktioner A till B: D

|C|=36
|D|=|C|−(|Ca|+|Cb|+|Cc|−|Ca∩Cb|−|Cb∩Cc|−|Ca∩Cc|+|Ca∩Cb∩Cc|)
=36−3∗26−3∗1+0=540

Generalisering

Hur många funktioner från A till B finns det om |A|=n,|B|=m,m<n

Ci={f:A→B,∄x∈A där f(x)=Bi}
|D|=|C|−|⋃i=1mCi|

|C|=mn

|D|=mn+∑i=1m(−1)i(mi)(m−i)n

Formellt svar

Antalet funktioner A→B: C
Antalet surjektiva funktioner A→B: D

n=|A|
m=|B|

m<n

|C|=mn

Ci={f:A→B,∄x∈A där f(x)=Bi}

|D|=|C|−|⋃i=1mCi|

|D|=mn+∑i=1m(−1)i(mi)(m−i)n

Test

n=6,m=3

|D|=36+∑i=13(−1)i(3i)(3−i)6
=36−(−1)1(31)(3−1)6+(−1)2(32)(3−2)6+(−1)3(33)(3−3)6
=36−(32)26+(33)16−(34)06
=729−3∗64+3∗1−1∗0
=540✔

n=2,m=2

|D|=22+∑i=12(−1)i(2i)(2−i)2
=4+(−1)1(21)(2−1)2+(−1)2(22)(2−2)2
=4−2(1)2+1(0)2
=4−2+0
=2✔

Misslyckad experimentering

|⋃i=1mCi|=|⋃i=1nAi|=∑i=1n|Ai|−∑i,j;i<j|Ai∩Aj|+∑i,j,k;i<j<k|Ai∩Aj∩Ak|−⋯±∑i,…
=∑i=1m(−1)(i+1)(m−i)n

|D1|=∑i=0m(−1)i(m−i)n
|D2|=∑i=0m(−1)i(mi+1)(m−i)n

n=6,m=3
|D1|=∑i=03(−1)i(3−i)6
=(−1)0(3−0)6+(−1)1(3−1)6+(−1)2(3−2)6+(−1)3(3−3)6
=36−26+16−06
=729−64+6−0=671❌

|D2|=∑i=03(−1)i(3i+1)(3−i)6
=(−1)0(30+1)(3−0)6+(−1)1(31+1)(3−1)6+(−1)2(32+1)(3−2)6+(−1)3(33+1)(3−3)6
=(31)36−(32)26+(33)16−(34)06
=3∗729−3∗64+1∗1−0∗0=1996❌

Grafteori

Vad är en graf?

En graf består av en mängd noder och en mängd kanter mellan noder.

Formellt: En graf är G=(V,E)

{x,y}∈E,x,y∈V är en kant mellan noderna x och y

I denna kurs gäller:

Sammanhängande graf

En graf kallas sammanhängande om det finns en väg mellan alla par av noder u,v∈V

Vägar

En väg mellan två noder u,v är en följd av noder v0,v1,…,vn där:

v0=u,vn=v,{vi,vi+1}∈E,i∈{0,1,…,n}

En cykel är en väg där ingen kant upprepas som börjar och slutar i samma nod, d.v.s. u=v.

En enkel väg är en väg utan upprepande noder.

Isomorfa grafer

Graferna G,G~ är "samma graf" om vi kan byta "namn" på noderna för att få samma mängd av kanter.

Formell definition

G och G~ är isomorfa om det finns en bijektion f:V→V~ så att {x,y}∈E⟺{f(x),f(y)}∈E~

f inducerar en bijektion mellan G och G~.

Metod för att se om två grafer är isomorfa

Vi har graferna G1,G2 som vi vill undersöka om de är isomorfa:

  1. Börja med en nod v0 i G1 med ett unikt antal kanter.
  2. Om det finns exakt en nod u0 med lika många kanter i G2 så måsta dessa vara samma nod. D.v.s. f(v0)=u0

Delgrafer

Låt G=(V,E),G~=(V~,E~) vara två grafer.

  1. G~ är en delgraf till G om V~⊆V och E~⊆E
  2. G~ är en inducerad delgraf till G om G~ är en delgraf och om x,y∈V~∧{x,y}∈E gäller {x,y}∈E~. D.v.s. att vi inte tar bort fler kanter än nödvändigt.