Knuth, de Bruijn 및 Rice의“식재 된 나무의 평균 높이”에 관하여 (1972)


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정확도는 떨어지지 만 기본 수단 (생성 기능 없음, 복잡한 분석 없음, 푸리에 분석 없음)에 의해서만 제목 의 고전 논문 을 도출하려고합니다 . 요컨대, 나는 노드 를 가진 나무 의 평균 높이 (즉, 루트에서 잎까지의 최대 노드 수)가 만족 것을 "단지"증명하고 싶다 .hnnhn∼πn

개요는 다음과 같습니다. 하자 이하의 높이와 나무의 숫자거나 같은 (컨벤션과 모든 과) B_ {NH} 의 나무의 수를 n 개의 노드 높이가 h + 1 이상입니다 (즉, B_ {nh} = A_ {nn}-A_ {nh} ). 그런 다음 h_n = S_n / A_ {nn} , 여기서 S_n 은 유한 합계입니다 S_n = \ sum_ {h \ geqslant 1} h (A_ {nh}-A_ {n, h-1}) = \ sum_ {h \ geqslant 1 } h (B_ {n, h-1}-B_ {nh}) = \ sum_ {h \ geqslant 0} B_ {nh}. A_ {nn} = \ frac {1} {n} \ binom {2n-2} {n-1}으로 잘 알려져 있습니다.AnhhAnh=Annh⩾nBnhnh+1Bnh=Ann−Anhh엔=에스엔/ㅏ엔엔에스엔A n n = 1

에스엔=∑h⩾1h(ㅏ엔h−ㅏ엔,h−1)=∑h⩾1h(비엔,h−1−비엔h)=∑h⩾0비엔h.
ㅏ엔엔=1엔(2엔−2엔−1)엔 노드가있는 일반 트리 세트 는 카탈로니아 어 숫자로 계산 된 엔−1 노드 가있는 2 진 트리 세트와 함께 사용 됩니다.

따라서 첫 번째 단계는 비엔h 를 찾은 다음 S_n 의 점근 확장에서 주요 용어 를 찾는 것 에스엔입니다.

이 시점에서 저자는 분석 조합 (3 페이지)을 사용하여

비엔+1,h−1=∑케이⩾1[(2엔엔+1−케이h)−2(2엔엔−케이h)+(2엔엔−1−케이h)].

내 자신의 시도는 다음과 같습니다. 대각선이 아닌 (0,0) 에서 (n-1, n-1) 까지 의 정사각형 그리드 (n-1) \ times (n-1) 에서 엔 노드 가있는 나무와 단조로운 경로 사이의 궤적을 고려합니다. \ uparrow 와 \ rightarrow 의 두 단계로 구성 됩니다. 이러한 경로를 Dyck 경로 또는 여행 이라고도 합니다. 이제 격자 경로로 B_ {nh} 를 표현할 수 있습니다 . 길이 2 (n-1)의 Dyck 경로의 수와 h 이상의 높이 입니다. (참고 : 높이 h 의 나무 는 높이 h-1 의 Dyck 경로와 함께 사용 됩니다.)(엔−1)×(엔−1)(0,0)(엔−1,엔−1)↑→비엔hhhh−1

일반성을 잃지 않고 \ uparrow로 시작한다고 가정합니다 ↑(따라서 대각선 위에 머물러 있습니다). 각 경로에 대해 선 y = x + h-1을 교차하는 첫 번째 단계를 고려하십시오 와이=엑스+h−1. 위의 점에서 원점으로 돌아가서 ↑ 를 \ rightarrow 로 바꾸고 →그 반대도 마찬가지입니다 (이것은 y = x + h 라인 의 반사입니다 ). 내가 계산하고 싶은 경로 ( B_ {nh} )가 경계를 피하는 (-h, h) 에서 (n-1, n-1) 까지의 단조로운 경로와 함께 사용 되는 것은 분명합니다 y = x + 2h + 1 이고 y = x-1 이다. ( 그림 참조 )y=x+hBnh(−h,h)(엔−1,엔−1)와이=엑스+2h+1와이=엑스−1

Mohanty (1979, 6 페이지) 의 고전 책 격자 경로 계산 및 응용 에서 \ sum_ {k \ in \ mathbb {Z}} \ left [\ binom {m + n} {mk (t + s)}- \ binom {m + n} {n + k (t + s) + t} \ right], (0,0) 에서 (m, n)

∑케이∈지[(미디엄+엔미디엄−케이(티+에스))−(미디엄+엔엔+케이(티+에스)+티)],
까지 격자의 단조 경로 수를 계산 하여 경계 y X = - t 및 Y = X + S 와 t> 0 및 S> 0 . (이 결과는 50 년대 러시아 통계 학자에 의해 처음 확립되었습니다.) 따라서 (-h, h) 의 새로운 원점을 고려 하여 공식의 조건을 만족합니다 : s = 1 , t = 2h + 1(0,0)(미디엄,엔)와이=엑스−티와이=엑스+에스티>0에스>0(−h,h)에스=1티=2h+1목적지 지점 (오른쪽 상단)은 이제 (엔+h−1,엔−h−1) 입니다. 그런 다음
비엔h=∑케이∈지[(2엔−2엔+h−1−케이(2h+2))−(2엔−2엔−h−1+케이(2h+2)+2h+1)].
이 단순화 될 수
비엔+1,h−1=∑케이∈지[(2엔엔+1−(2케이+1)h)−(2엔엔−(2케이+1)h)],
는
비엔+1,h−1=∑케이⩾0[(2엔엔+1−(2케이+1)h)−2(2엔엔−(2케이+1)h)+(2엔엔−1−(2케이+1)h)].
예상 공식과의 차이점 은 모든 양의 정수 ( k ) 대신 홀수 ( 2케이+1 )를 합산한다는 것 입니다.케이

문제가 어디에 있는지 아십니까?


당신은 초등적인 것들만 사용하고 싶다고 말하지만 책의 결과를 사용합니다. Mohanty는 귀하가 사용하는 정체성을 어떻게 도출합니까?
— Raphael

나는 첫 번째 문장에서 "초등"의 의미를 정의한다 : 생성 함수 없음, 복잡한 분석 없음, 푸리에 분석 없음. 그의 저서에서, Mohanty는 기본적 방법을 사용하여 격자 경로에 대한 반사 및 포함-배제의 원리를보다 정확하게 표현합니다. (나는 위의 것을 사용합니다.) 당신이 주장한다면, 나는 질문의 끝에 그의 증거를 추가 할 것입니다.
— Christian

전혀, 단지 당신이 스스로 규칙을 어 기지 않도록하고 싶었습니다.
— Raphael

분석 조합론이 명백하게 기초적인 것으로 간주 될 때 '생성 함수'가 기본이 아닌 기술로 표시되는 것은 매우 이상합니다. 는 본질적으로 비 원소 값과 같습니다. 당신은 당신이 찾고있는 것을 더 잘 이해하기 위해 중심 이항 계수의 점증에 대한 비교 증거를 가지고 있습니까? 나는 두 가지가 밀접하게 관련되어 의심 ...π
— 스티븐 Stadnicki

답변:


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에서 까지의 단조 경로는 를 처음 교차하기 전에 경계 만 피하십시오 . 따라서 사용하는 수식은 적용되지 않습니다.(−h,h)(엔−1,엔−1)와이=엑스+2h+1와이=엑스+h

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