Jump to content

Набор Салема – Спенсера

(Перенаправлено из набора Салема-Спенсера )
Для набора {1, 2, 4, 5, 10, 11, 13, 14} все средние точки двух элементов (28 желтых точек) находятся за пределами набора, поэтому никакие три элемента не могут образовывать арифметическую прогрессию.

В математике, и в частности в арифметической комбинаторике , множество Салема-Спенсера — это набор чисел, никакие три из которых не образуют арифметическую прогрессию . Наборы Салема-Спенсера также называют последовательностями без 3-AP или наборами без прогрессий . Их еще называют неусредняющими множествами. [ 1 ] [ 2 ] но этот термин также использовался для обозначения набора целых чисел, ни одно из которых не может быть получено как среднее любого подмножества других чисел. [ 3 ] Множества Салема-Спенсера названы в честь Рафаэля Салема и Дональда К. Спенсера , которые показали в 1942 году, что множества Салема-Спенсера могут иметь почти линейный размер. Однако более поздняя теорема Клауса Рота показывает, что размер всегда меньше линейного.

Для наименьшие значения такие, что числа из к иметь -элемент набора Салема-Спенсера:

1, 2, 4, 5, 9, 11, 13, 14, 20, 24, 26, 30, 32, 36, ... (последовательность A065825 в OEIS )

Например, среди чисел от 1 до 14 восемь чисел

{1, 2, 4, 5, 10, 11, 13, 14}

образуют уникальный самый большой набор Салема-Спенсера. [ 4 ]

Этот пример изменен путем добавления одного к элементам бесконечного множества Салема – Спенсера, последовательности Стэнли.

0, 1, 3, 4, 9, 10, 12, 13, 27, 28, 30, 31, 36, 37, 39, 40, ... (последовательность A005836 в OEIS )

чисел, которые при записи в виде троичного числа используют только цифры 0 и 1. Эта последовательность является лексикографически первым бесконечным множеством Салема – Спенсера. [ 5 ] Еще одно бесконечное множество Салема – Спенсера представляет собой кубы

0, 1, 8, 27, 64, 125, 216, 343, 512, 729, 1000, ... (последовательность A000578 в OEIS )

Это теорема Леонарда Эйлера , что никакие три куба не находятся в арифметической прогрессии. [ 6 ]

В 1942 году Салем и Спенсер опубликовали доказательство того, что целые числа в диапазоне от к иметь большие наборы Салема – Спенсера размером . [ 7 ] В знаменателе этого выражения используется обозначение большого О , и он растет медленнее, чем любая степень , поэтому множества, найденные Салемом и Спенсером, имеют почти линейный размер. Эта граница опровергла гипотезу Пауля Эрдеша и Пала Турана о том, что размер такого множества может быть не более для некоторых . [ 4 ] [ 8 ] Конструкция Салема и Спенсера была улучшена Феликсом Берендом в 1946 году, который нашел наборы размером . [ 9 ]

В 1952 году Клаус Рот доказал теорему Рота , устанавливающую, что размер множества Салема-Спенсера должен быть равен . [ 10 ] Следовательно, хотя множества, построенные Салемом, Спенсером и Берендом, имеют размеры, близкие к линейным, невозможно улучшить их и найти множества, размер которых действительно линейный. Этот результат стал частным случаем теоремы Семереди о плотности наборов целых чисел, избегающих более длинных арифметических прогрессий. [ 4 ] Чтобы отличить оценку Рота на множествах Салема – Спенсера от теоремы Рота о диофантовой аппроксимации алгебраических чисел , этот результат был назван теоремой Рота об арифметических прогрессиях . [ 11 ] После нескольких дополнительных улучшений теоремы Рота [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Доказано, что размер множества Салема – Спенсера равен . [ 16 ] Еще лучшая граница (для некоторых это не было явно вычислено) было объявлено в 2020 году в препринте. [ 17 ] В 2023 году новая граница [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] дали объяснение в более знакомых математических терминах. был найден ученым-компьютерщиком Келли ан Мека и вскоре после этого Блум и Сисаск [ 21 ] [ 22 ] которые с тех пор также улучшили показатель Келли-Мека, связанный с (и предположил ) в препринте. [ 23 ]

Строительство

[ редактировать ]

Простая конструкция множества Салема – Спенсера (размером значительно меньше границы Беренда) состоит в выборе троичных чисел , в которых используются только цифры 0 и 1, а не 2. Такой набор не должен иметь прогрессии, потому что если два его числа элементы и являются первым и вторым членами арифметической прогрессии, третий член должен иметь цифру два в позиции младшей значащей цифры, где и различаются. [ 4 ] На иллюстрации показан набор такой формы для трехзначных троичных чисел (сдвинутых на единицу, чтобы сделать наименьший элемент 1 вместо 0).

В конструкции Беренда используется аналогичная идея для большего нечетного основания счисления. . Его набор состоит из чисел, цифры которых ограничены диапазоном от к (чтобы при сложении этих чисел не было переносов), с дополнительным ограничением, что сумма квадратов цифр равна некоторому выбранному значению. . [ 9 ] Если цифры каждого числа рассматривать как координаты вектора, это ограничение описывает сферу в результирующем векторном пространстве, и из-за выпуклости среднее значение двух различных значений на этой сфере будет находиться внутри сферы, а не на ней. [ 24 ] Следовательно, если два элемента множества Беренда являются конечными точками арифметической прогрессии, то среднего значения прогрессии (их среднего) в наборе не будет. Таким образом, полученный набор не имеет прогрессии. [ 9 ]

При тщательном выборе , и выбор как наиболее часто встречающуюся сумму квадратов цифр, Беренд достигает своей границы. [ 9 ] В 1953 году Лео Мозер доказал, что существует единственная бесконечная последовательность Салема – Спенсера, достигающая той же асимптотической плотности на каждом префиксе, что и конструкция Беренда. [ 1 ] Рассматривая выпуклую оболочку точек внутри сферы, а не набор точек на сфере, можно улучшить конструкцию в разы . [ 24 ] [ 25 ] Однако это не влияет на размер, привязанный в указанной выше форме.

Обобщение

[ редактировать ]

Понятие множеств Салема – Спенсера (множество без 3-AP) можно обобщить до -Бесточные наборы, в которых элементы образуют арифметическую прогрессию тогда и только тогда, когда все они равны. Рэнкин (1961) дал конструкции больших -Наборы без AP. [ 26 ]

Результаты вычислений

[ редактировать ]

Гасарч, Гленн и Крускал провели сравнение различных вычислительных методов для больших подмножеств без арифметической прогрессии. [ 2 ] Используя эти методы, они нашли точный размер самого большого такого набора для . Их результаты включают несколько новых оценок для различных значений , найденный с помощью ветвей и границ алгоритмов , которые используют линейное программирование и эвристику, специфичную для конкретной задачи, для ограничения размера, который может быть достигнут в любой ветви дерева поиска. Одной из эвристик, которую они сочли особенно эффективной, был метод третей , в котором две сдвинутые копии набора Салема-Спенсера для размещаются в первой и последней трети сета для . [ 2 ]

Приложения

[ редактировать ]
а б с д и ж г час
8
a8 белая королева
c6 белая королева
d5 белый ферзь
e4 белая королева
g2 белый ферзь
8
7 7
6 6
5 5
4 4
3 3
2 2
1 1
а б с д и ж г час
Пять ферзей на главной диагонали шахматной доски, атакующих все остальные поля. Свободные квадраты на диагонали находятся в строках 1, 3 и 7, что представляет собой нечетное множество Салема – Спенсера.

В связи с проблемой Ружи-Семереди множества Салема-Спенсера использовались для построения плотных графов, в которых каждое ребро принадлежит уникальному треугольнику . [ 27 ]

Наборы Салема – Спенсера также использовались в теоретической информатике. Они использовались при разработке алгоритма Копперсмита-Винограда для быстрого умножения матриц . [ 28 ] и в построении эффективных неинтерактивных доказательств с нулевым разглашением . [ 29 ] Недавно они использовались для показа нижних границ размеров графовых ключей . [ 30 ] и , основанная на гипотезе сильного экспоненциального времени сложность задачи о сумме подмножества . [ 31 ]

Эти наборы также можно применить в развлекательной математике к математической шахматной задаче . размещая как можно меньше ферзей на главной диагонали шахматную доску так, чтобы были атакованы все клетки доски. Набор диагональных квадратов, которые остаются незанятыми, должен образовывать набор Салема – Спенсера, в котором все значения имеют одинаковую четность (все нечетные или все четные). Наименьший возможный набор ферзей является дополнением наибольшего подмножества Салема – Спенсера нечетных чисел в . Это подмножество Салема-Спенсера можно найти, удвоив и вычитая единицу из значений в подмножестве Салема-Спенсера всех чисел в [ 32 ]

  1. ^ Перейти обратно: а б Мозер, Лео (1953), «О неусредняемых множествах целых чисел», Canadian Journal of Mathematics , 5 : 245–252, doi : 10.4153/cjm-1953-027-0 , MR   0053140 , S2CID   124488483
  2. ^ Перейти обратно: а б с Гасарч, Уильям ; Гленн, Джеймс; Краскал, Клайд П. (2008), «Нахождение больших 3-свободных множеств. I. Случай малого n » (PDF) , Journal of Computer and System Sciences , 74 (4): 628–655, doi : 10.1016/j. jcss.2007.06.002 , МР   2417032
  3. ^ Эбботт, Х.Л. (1976), «О гипотезе Эрдеша и Штрауса о неусредняющих множествах целых чисел», Труды Пятой Британской комбинаторной конференции (Университет Абердина, Абердин, 1975) , Congressus Numerantium, vol. XV, Виннипег, Манитоба: Utilitas Math., стр. 1–4, MR   0406967.
  4. ^ Перейти обратно: а б с д Дыбизбанский, Януш (2012), «Последовательности, не содержащие трехчленных арифметических прогрессий» , Электронный журнал комбинаторики , 19 (2): P15:1–P15:5, doi : 10.37236/2061 , MR   2928630
  5. ^ Слоан, Нью-Джерси (редактор), «Последовательность A005836» , Интернет -энциклопедия целочисленных последовательностей , Фонд OEIS
  6. ^ Эрдеш, П .; Лев, В.; Рози, Г.; Шандор, К.; Саркози, А. (1999), «Жадный алгоритм, арифметические прогрессии, суммы подмножеств и делимость», Discrete Mathematics , 200 (1–3): 119–135, doi : 10.1016/S0012-365X(98)00385-9 , MR   1692285
  7. ^ Салем, Р. ; Спенсер, округ Колумбия (декабрь 1942 г.), «О наборах целых чисел, которые не содержат трех членов в арифметической прогрессии», Труды Национальной академии наук , 28 (12): 561–563, Bibcode : 1942PNAS...28..561S , дои : 10.1073/pnas.28.12.561 , PMC   1078539 , PMID   16588588
  8. ^ Эрдеш, Пол ; Туран, Пол (1936), «О некоторых последовательностях целых чисел» (PDF) , Журнал Лондонского математического общества , 11 (4): 261–264, doi : 10.1112/jlms/s1-11.4.261 , MR   1574918
  9. ^ Перейти обратно: а б с д Беренд, Ф.А. (декабрь 1946 г.), «О множествах целых чисел, которые не содержат трех членов арифметической прогрессии», Proceedings of the National Academy of Sciences , 32 (12): 331–332, Bibcode : 1946PNAS...32..331B , дои : 10.1073/pnas.32.12.331 , ПМК   1078964 , ПМИД   16578230
  10. ^ Рот, Клаус (1952), «О некоторых наборах целых чисел», Études de l'Académie des Sciences , 234 : 388–390, MR   0046374
  11. ^ Блум, Томас; Сисаск, Олаф (2019), «Логарифмические границы теоремы Рота через почти периодичность», Discrete Analysis , 2019 (4), arXiv : 1810.12791v2 , doi : 10.19086/da.7884 , S2CID   119583263
  12. ^ Хит-Браун, Д.Р. (1987), «Наборы целых чисел, не содержащие арифметических прогрессий», Журнал Лондонского математического общества , вторая серия, 35 (3): 385–394, doi : 10.1112/jlms/s2-35.3.385 , MR   0889362
  13. ^ Семереди, Э. (1990), «Наборы целых чисел, не содержащие арифметических прогрессий», Acta Mathematica Hungarica , 56 (1–2): 155–158, doi : 10.1007/BF01903717 , MR   1100788
  14. ^ Бургейн, Дж. (1999), «О тройках в арифметической прогрессии», Geometric and Functional Analysis , 9 (5): 968–984, doi : 10.1007/s000390050105 , MR   1726234 , S2CID   392820
  15. ^ Сандерс, Том (2011), «О теореме Рота о прогрессиях», Annals of Mathematics , Second Series, 174 (1): 619–636, arXiv : 1011.0104 , doi : 10.4007/annals.2011.174.1.20 , MR   2811612 , S2CID   53331882
  16. ^ Блум, Т.Ф. (2016), «Количественное улучшение теоремы Рота об арифметических прогрессиях», Журнал Лондонского математического общества , вторая серия, 93 (3): 643–663, arXiv : 1405.5800 , doi : 10.1112/jlms/jdw010 , МР   3509957 , S2CID   27536138
  17. ^ Блум, Томас; Сисаск, Олаф (2020), Преодоление логарифмического барьера в теореме Рота об арифметических прогрессиях , arXiv : 2007.03528 ; см. также Калаи, Гил (8 июля 2020 г.), «Чтобы подбодрить вас в трудные времена 7: Блум и Сисаск только что преодолели логарифмический барьер для теоремы Рота!» , Комбинаторика и многое другое.
  18. ^ Келли, Зандер; Мека, Рагху (6 ноября 2023 г.). «Сильные границы для 3-прогрессий» . Материалы конференции 64-го ежегодного симпозиума IEEE по основам компьютерных наук (FOCS), 2023 г. ИИЭР: 933–973. arXiv : 2302.05537 . дои : 10.1109/FOCS57990.2023.00059 . ISBN  979-8-3503-1894-4 .
  19. ^ Келли, Зандер; Мека, Рагху (10 февраля 2023 г.). «Сильные границы для 3-прогрессий». arXiv : 2302.05537 [ math.NT ].
  20. ^ Сломан, Лейла (21 марта 2023 г.). «Неожиданное доказательство в области компьютерных наук ошеломило математиков» . Журнал Кванта .
  21. ^ Блум, Томас Ф.; Сисаск, Олоф (31 декабря 2023 г.). «Границы Келли – Меки для множеств, свободных от трехчленных арифметических прогрессий» . Существенная теория чисел . 2 (1): 15–44. arXiv : 2302.07211 . дои : 10.2140/ent.2023.2.15 . ISSN   2834-4634 .
  22. ^ Блум, Томас Ф.; Сисаск, Олоф (14 февраля 2023 г.). «Границы Келли-Меки для множеств, свободных от трехчленных арифметических прогрессий». arXiv : 2302.07211 [ math.NT ].
  23. ^ Блум, Томас Ф.; Сисаск, Олоф (5 сентября 2023 г.). «Улучшение границ Келли-Мека для трехчленных арифметических прогрессий». arXiv : 2309.02353 [ math.NT ].
  24. ^ Перейти обратно: а б Элкин, Майкл (2011), «Улучшенная конструкция множеств без прогрессий», Israel Journal of Mathematics , 184 : 93–128, arXiv : 0801.4310 , doi : 10.1007/s11856-011-0061-1 , MR   2823971
  25. ^ Грин, Бен ; Вольф, Джулия (2010), «Заметка об улучшении Элкиным конструкции Беренда», Чудновский, Дэвид ; Чудновский, Грегори (ред.), Аддитивная теория чисел: Festschrift в честь шестидесятилетия Мелвина Б. Натансона , Нью-Йорк: Springer, стр. 141–144, arXiv : 0810.0732 , doi : 10.1007/978-0-387- 68361-4_9 , МР   2744752 , S2CID   10475217
  26. ^ Рэнкин, Р.А. (1961), «XXIV: Наборы целых чисел, содержащие не более заданного числа членов арифметической прогрессии», Труды Королевского общества Эдинбурга, Раздел A: Математические и физические науки , 65 (4): 332– 344, номер документа : 10.1017/S0080454100017726 , S2CID   122037820
  27. ^ Ружа, Издательство ; Семереди, Э. (1978), «Тройные системы без шести точек, несущих три треугольника», Комбинаторика (Труды пятого венгерского коллоквиума, Кестхей, 1976), Vol. II , коллок. Математика. Соц. Янош Бояи, том. 18, Амстердам и Нью-Йорк: Северная Голландия, стр. 939–945, МР   0519318
  28. ^ Копперсмит, Дон ; Виноград, Шмуэль (1990), «Умножение матриц посредством арифметических прогрессий», Журнал символических вычислений , 9 (3): 251–280, doi : 10.1016/S0747-7171(08)80013-2 , MR   1056627
  29. ^ Липмаа, Хельгер (2012), «Множества без прогрессии и неинтерактивные аргументы с нулевым разглашением на основе сублинейных пар» , в Крамере, Рональде (ред.), Теория криптографии: 9-я конференция по теории криптографии, TCC 2012, Таормина, Сицилия, Италия, 19–21 марта 2012 г., Труды , Конспекты лекций по информатике, том. 7194, Springer, стр. 169–189, номер документа : 10.1007/978-3-642-28914-9_10.
  30. ^ Аббуд, Амир; Бодвин, Грег (2017), «Показатель аддитивного гаечного ключа 4/3 плотен», Журнал ACM , 64 (4): A28:1–A28:20, arXiv : 1511.00700 , doi : 10.1145/3088511 , MR   3702458 , S2CID   209870748
  31. ^ Аббуд, Амир; Брингманн, Карл ; Гермелин, Дэнни; Шабтай, Двир (2019), «Нижние границы на основе SETH для суммы подмножества и пути бикритериев», в Чан, Тимоти М. (редактор), Труды тридцатого ежегодного симпозиума ACM-SIAM по дискретным алгоритмам, SODA 2019, Сан-Диего , Калифорния, США, 6-9 января 2019 г. , Общество промышленной и прикладной математики, стр. 41–57, arXiv : 1704.04546 , doi : 10.1137/1.9781611975482.3 , S2CID   15802062
  32. ^ Кокейн, Э.Дж.; Хедетниеми, С.Т. (1986), «О проблеме доминирования диагональных ферзей», Журнал комбинаторной теории , серия A, 42 (1): 137–139, doi : 10.1016/0097-3165(86)90012-9 , MR   0843468
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0f3e7f458c385ba03b96d61df8c861fb__1723422420
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0f/fb/0f3e7f458c385ba03b96d61df8c861fb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Salem–Spencer set - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)