LGV引理
前置知识:
特殊形式¶
在一张DAG中,有一组起点 \(A=\{a_1,a_2,\cdots,a_n\}\) 与终点 \(B=\{b_1,b_2,\cdots,b_n\}\)。
设一个矩阵,其中\(e(a_i,b_i)\)表示从点\(a_i\)到点\(b_i\)的所有可行路径数(一般用bfs或组合数求):
则有定理:\(\det(M)\) 的值是从 \(A\) 到 \(B\) 的所有互不相交路径方案的数量。
等价于:偶数个交点的路径方案数比有奇数个交点的路径方案数多多少个(逆序对)。
https://www.luogu.com.cn/problem/P7736
这个值可以由高斯消元 > 高斯消元求行列式 待完成求出,倒三角方阵斜边上的所有数之积即为det。
感性证明¶
二元,只有两种情况,要么一对一,二对二;要么打交叉。我们考虑打交叉的路径二元组 \(P(a_1,b_2),P(a_2,b_1)\),不难发现,在交点处,如果把剩下的路径交换,则变为了 \(P(a_1,b_1),P(a_2,b_2)\) 中路径相交的方案。
可以证明,这样的对应关系是双射。那么所有一对一,二对二的方案数减去打交叉的方案数,就是所有不相交路径的方案数。
更复杂一点的情况,更多交点也类似。
多元,设起点为编号\(1\cdots n\),则终点编号为\([1,n]\)的一个排列,路径相交和该排列的逆序对个数有关,偶数个逆序对加,奇数个逆序对减。
更一般的形式——带边权(即有重边)¶
上面的各边边权为\(1\)。当\(\omega_e \not= 1\)时,定义 \(\omega(P)\) 为一条路径 \(P\) 中每条边权的乘积,即 \(\omega(P)=\prod_{e\in P} w_e\)(可以看作是算上重边时,一条路径的方案数)。
考虑选 \(n\) 条路径将所有 \(A\) 和 \(B\) 一一配对,设其中一种路径组方案为 \(G=(P_1,P_2,\cdots,P_n)\),则路径 \(P_i=(a_i,b_j)\),所有的 \(j\) 构成一个 \([1,n]\) 的排列,其逆序对数量记作 \(t(G)\)。
该路径组的总方案数为其所有路径方案之积:\(W(G)=\prod_{i=1}^n \omega(P_i)\)。
那么LGV引理描述为,设一个矩阵,其中 \(e(a,b)\) 为两点之间所有路径 \(P\) 的 \(\omega(P)\) 之和(好吧,加法原理,算出两点间所有可行方案数)
则有:
注:\(G\) 是一个从 \(A\) 到 \(B\) 的不相交路径组(其中一种方案),边不带权时 \(W(G)=1\)。
证明涉及到行列式定义,详见:https://zhuanlan.zhihu.com/p/517819133
卡特兰数???的几个意义? 待完成