6 votos

¿Cuántas rutas hay desde $A$ a $B$ que cruzan cada nodo exactamente una vez?

Imagina un $n \times n$ cuadrícula, empezamos en una esquina de la cuadrícula en el cuadrado $A$ y necesita llegar a la esquina opuesta para cuadrar $B$ . Las reglas son: sólo puedes moverte a una casilla adyacente, no puedes moverte en diagonal y debes pasar por cada casilla exactamente una vez. ¿Cuántas rutas posibles hay en un $n \times n$ ¿Red?

Siempre es $0$ si $n$ es par, y sé que la respuesta es $2$ para $n = 3$ . Tengo un par de maneras de abordar este problema, pero ninguna fórmula general.

4voto

JiminyCricket Puntos 143

He escrito este código para encontrar los recuentos $104$ para $n=5$ y $111712$ para $n=7$ . Eso lleva a Secuencia OEIS A001184 (escrito por Don Knuth en $1995$ ), que a su vez conduce a Secuencia OEIS A121788 lo que a su vez conduce a este documento , Paseos auto-evitativos que cruzan un cuadrado por M. Bousquet-Mélou, A. J. Guttmann e I. Jensen.

No parece que se conozca ninguna forma cerrada; el documento afirma (en la p. $24$ ) que el número de estos caminos hamiltonianos para impar $n$ crece como $\tau^{n^2}$ con $\tau\approx1.472$ .

0 votos

¡Buena investigación! Y por si fuera poco $n$ ?

1 votos

@ColmBhandal: El OP decía correctamente que no existen esas vías hamiltonianas ni siquiera para $n$ . Esto se puede demostrar con un argumento de tablero de ajedrez: Para el caso de $n$ El cuadrado inicial y el final tienen el mismo color.

1 votos

El argumento del tablero de ajedrez: fantástico. Había visto la conjetura de los OPs pero estaba buscando una prueba de la misma.

1voto

Colm Bhandal Puntos 2719

Como señala correctamente Joriki en su respuesta, esto ya se ha investigado, y no se conoce ninguna forma cerrada. En cambio, hay estimaciones asintóticas dadas. Sin embargo, sería bueno tener algo elemental aquí en este sitio, así que compartiré un argumento de límite inferior realmente básico que llamaré el argumento de la "serpiente".

Considere un $n \times m$ rejilla, con $n$ impar. Una forma de construir tal camino en esta cuadrícula es serpentear como sigue:

$$(0, 0) \rightarrow (0, 1) \dots \rightarrow (0, m) \rightarrow \\ (1, m) \rightarrow (1, m - 1) \dots \rightarrow (1, 0) \rightarrow \\ \dots \rightarrow \\ (n, 0) \rightarrow (n, 1) \rightarrow dots \rightarrow (n, m)$$

Pero si se "aleja", y se considera todo el $n \times m$ rectángulo como una sola columna de longitud $n$ entonces podemos repetir el proceso de la serpiente, es decir, podemos movernos a lo largo de este rectángulo de tamaño $n \times m$ y luego de vuelta a lo largo de otro de posiblemente un tamaño diferente $n \times m'$ y así sucesivamente.

Ahora, cualquier secuencia de números $m_1, m_2, \dots, m_h$ tal que $\sum_{k =1}^h m_k = n$ corresponde exactamente a un camino serpenteante de este tipo. Así que tenemos un límite inferior en el número de caminos es el número de números que suman a nuestro número en cuestión. Por estrellas y barras, este número es simplemente $2^{n -1}$ que es un límite inferior del número de caminos para el tamaño del cuadrado $n$ . Obviamente esto es patético comparado con el límite conocido $\tau^{O(n^2)}$ pero al menos la derivación es elemental y no completamente trivial: es al menos un límite exponencial en $n$ .

Creo que esta idea podría llevarse mucho más lejos, ya que sólo he considerado un subconjunto muy restringido de estas estructuras "serpenteantes". Además, esto se generaliza fácilmente de un cuadrado a un rectángulo.

Ejemplo de imagen de serpentina a continuación

Rough Sketch of the Snake Idea


Un argumento aproximado de por qué esta función crece como $\tau^{n^2}$ es la siguiente. Sea $A_n$ sea el número de tales caminos desde la esquina inferior izquierda de un cuadrado de lado $n$ a su esquina superior derecha. Consideremos ahora un cuadrado de longitud lateral $n^2$ es decir $n^4$ células en total.

Ahora, podemos "alejarnos" de este cuadrado y observar que tiene $n^2$ subcuadrados, cada uno de ellos de lado $n$ . Entonces es posible construir un camino en este gran cuadrado combinando caminos en cada uno de estos subcuadros. Entonces tenemos la desigualdad de recurrencia $A_{n^2} \geq (A_n)^{n^2}$ . A partir de aquí podemos razonar inductivamente. Suponiendo que $A_n \geq C \tau^{n^2}$ entonces $A_{n^2} \geq C \tau^{n^4}$ . Y así sucesivamente para $n^8, n^{16}, n^{32}, \dots, n^{2^k}, \dots$ Así que se intuye por qué crece a ese ritmo.

0 votos

Gracias por la respuesta, pero no he entendido la segunda parte de tu argumento. ¿Podría explicar qué significa "repetir el proceso de la serpiente" y la parte de las sumas correspondientes?

0 votos

@gebra, voy a hacer un dibujo, agárrate a los caballos.

1 votos

Vale, es una foto rápida, y no se muestran las celdas individuales, pero como puedes ver en la esquina inferior izquierda la "serpiente" empieza de izquierda a derecha, moviéndose arriba y abajo dentro de su sub-rectángulo, luego va de derecha a izquierda, luego de izquierda a derecha, etc. Observe que he añadido a propósito filas $3$ y $6$ con la anchura $1$ para mostrar el caso especial de que la serpiente sea sólo una línea recta.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X