В математике пермане́нт — числовая функция, определённая для матриц, для квадратных матриц похожая на детерминант, и отличающаяся от него лишь в том, что в разложении на перестановки (или на миноры) берутся не чередующиеся знаки, а все плюсы. В отличие от детерминанта, перманент может быть определён и для неквадратных матриц.
В литературе для обозначения перманента обычно используется одна из следующих нотаций:
,
или
.
Определение
Перманент квадратной матрицы
Пусть
— квадратная матрица размера
, элементы
которой принадлежат некоторому полю
.
Перманентом матрицы
называется число:
где сумма берётся по всем перестановкам
чисел от 1 до
.
Например, для матрицы размера
:
Это определение отличается от аналогичного определения детерминанта лишь тем, что в детерминанте некоторые члены суммы имеют отрицательный знак, в зависимости от знака перестановки
.
Перманент прямоугольной матрицы
Понятие перманента иногда расширяют на случай произвольной прямоугольной матрицы
размера
следующим способом. Если
, то:
где сумма берётся по всем
-элементным размещениям из множества чисел от 1 до
.
Если же
, то:
.
Или, что эквивалентно, перманент прямоугольной матрицы можно определить как сумму перманентов всех её квадратных подматриц порядка
.
Свойства
- Перманент любой диагональной или треугольной матрицы равен произведению элементов на её диагонали. В частности, перманент нулевой матрицы равен нулю, а перманент единичной матрицы — единице.
- Перманент не изменяется при транспонировании:
- Перманент матрицы не изменяется от перестановки строк или столбцов матрицы (в отличие от детерминанта).
- Перманент является линейной функцией от строк (или столбцов) матрицы, то есть:
- Если умножить любую одну строку (столбец) на некоторое число
, то и значение перманента увеличится в
раз;
- Перманент суммы двух матриц, отличающихся лишь одной строкой (столбцом), равен сумме их перманентов.
- Аналог разложения Лапласа по первой строке матрицы для перманента:
, где
— перманент матрицы, получающейся из
удалением
-й строки и
-го столбца.
- Так, например, для матрицы размера
, имеем:
- Перманент матрицы порядка
— однородная функция порядка
:
, где
— скаляр.
- Если
— перестановочная матрица, то:
для любой матрицы
того же порядка.
- Если матрица
состоит из неотрицательных действительных чисел, то
.
- Если
и
— две верхние (или нижние) треугольные матрицы, то:
- Однако необходимо заметить, что в общем случае предыдущее равенство не выполняется для произвольных
и
, в отличие от аналогичного свойства детерминантов.
Вычисление перманента
В отличие от детерминанта, который может быть легко вычислен, например методом Гаусса, вычисление перманента является очень трудоёмкой вычислительной задачей, относящейся к классу сложности #P-полных задач. Она остаётся #P-полной даже для матриц, состоящих лишь из нулей и единиц.[1]
В настоящее время неизвестен алгоритм решения таких задач за полиномиальное от размера матрицы время. Существование подобного полиномиального алгоритма было бы даже более сильным утверждением, чем знаменитое P=NP.
В декабре 2012 четыре независимые группы исследователей предложили прототип квантового фотонного устройства, вычисляющего перманент матрицы.[2]
Литература
- Минк Х. Перманенты. — М.: Мир, 1982. — 211 с.
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .