WikiSort.ru - Не сортированное

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте

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]

Формула Райзера

Вычисление перманента по определению занимает времени. Его можно значительно улучшить, воспользовавшись формулой Райзера:[3][4]

Формула Райзера может быть вычислена за время или даже , если перечислять подмножества по коду Грея.

Приложения

Перманент практически не используется в линейной алгебре, но находит применение в дискретной математике и комбинаторике.

Перманент матрицы , состоящей из нулей и единиц, можно интерпретировать, как число полных паросочетаний в двудольном графе с матрицей смежности (то есть ребро между -й вершиной одной доли и -й вершиной другой доли существует, если ).

Перманент произвольной матрицы можно рассматривать как сумму весов всех полных паросочетаний в полном двудольном графе, где под весом паросочетания понимается произведение весов его рёбер, а веса рёбер записаны в элементах матрицы смежности .

Примечания

  1. Leslie G. Valiant (1979). “The Complexity of Computing the Permanent”. Theoretical Computer Science. Elsevier. 8: 189—201. DOI:10.1016/0304-3975(79)90044-6.
  2. Физики разработали фотонный квантовый компьютер. Лента.ру (24 декабря 2012). Проверено 25 декабря 2012. Архивировано 27 декабря 2012 года.
  3. Ryser H. J., «Combinatorial Mathematics», The Carus mathematical monographs series, published by Mathematical Association of America, 1963 (есть русский перевод 1966 г.)
  4. Weisstein, Eric W. Ryser Formula (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.

Литература

  • Минк Х. Перманенты. М.: Мир, 1982. — 211 с.

Ссылки

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «перманент»

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 .




Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2025
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии