逆序数
贡献者: addis
1我们把集合 的某种排列记为 ,该排列的元素按照顺序分别记为 。对于任意 ,如果满足 我们就把 或者 称为排列 的一个逆序对(inversion)。一个排列中所有逆序对的个数就叫逆序数(inversion number)。
逆序数主要的应用有定义行列式和列维—奇维塔(Levi-Civita)符号。在这两个应用中,我们只对逆序数的奇偶性感兴趣。我们把逆序数为奇数的排列叫做奇排列,逆序数为偶数的排列叫做偶排列。把按从小到大的顺序排列叫做标准排列。标准排列逆序数为零,是一个偶排列。
例 1
- 标准排列 中对任意 都有 ,不存在逆序对,逆序数为零。
- 中对任意 都有 ,任何两个元素都是逆序对,逆序数等于组合 。
- 排列 中,逆序对有 ,,,,,。共 个。
一般情况下,要计算逆序数,我们可以依次令 ,对每个 ,将其右边所有小于 的元素数求和即可。
定理 1
交换排列中任意两个不同元素,逆序数奇偶性改变。
证明
在排列 中,考虑第 ()两个元素的置换,不妨把他们的值分别记为 。不妨假设 ( 的讨论同理)。为了方便讨论,我们把任意两个不同元素都用弧线连起来,这些弧线有的代表逆序对,有的不是。我们可以把这些连线分为 4 类来讨论:
- 对于不连接到 或 的线,置换不改变它们之中的逆序数。
- 对于从 或 连接到 左边或 右边的线,置换同样不改变他们之中的逆序数。
- 若 不相邻,对于从 或 连接到 之间某个元素 的两条线,只有当 时逆序数会改变:从两个非逆序对变为逆序对。但无论有多少满足条件的 ,逆序数只会增加偶数个。
- 在置换前不是逆序对,置换后变为逆序对,使逆序数增加 1,改变逆序数的奇偶性。
综上所述,逆序对在置换后必定改变奇数个,所以逆序数奇偶性发生变化。证毕。
推论 1
把奇排列变为标准排列需要置换奇数次,把偶排列变为标准排列需要置换偶数次。
证明显然。
1. ^ 参考 Wikipedia 相关页面。
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