Кіріспе
Кекпелі симметриялық квадраттық матрицаның детерминантының квадрат түбірі. Математикада, m×m кекпелі симметриялық матрицаның детерминанты әрқашан матрица элементтерінің полиномының квадраты ретінде жазылуы мүмкін, бұл полином тек m-ге тәуелді бүтін коэффициенттері бар полином. m тақ болса, полином нөлге тең. m жұп болса, ол m/2 дәрежелі нөлден өзгеше көптік болып табылады және ±1 көбейтуге дейін бірегей. Төмендегі мысалдарда келтірілген кекпелі үшбұрышты матрицаларға қатысты конвенция, содан кейін Пфаффиан полиномдары деп аталатын нақты бір полиномды анықтайды. Бұл полиномның мәні, кекпелі симметриялық матрицаның элементтеріне қолданғанда, сол матрицаның Пфаффианы деп аталады. Пфаффиан терминін алғаш рет енгізген, ол оларды Иоганн Фридрих Пфаффтың есімімен атады. Нақтырақ айтқанда, кекпелі симметриялық матрица үшін , бұл алғаш рет дәлелдеген, Якоби осы полиномдарды Пфаффиандық дифференциалдық теңдеулер жүйелерін зерттеу жұмысында енгізгенін көрсетеді. Кейли бұл қатынасты бірінші қатар мен бірінші бағанда ғана кекпелі симметриядан ауытқатын матрицаларға қатысты жалпы нәтижелерді арнайы жағдай ретінде алады. Мұндай матрицаның детерминанты бастапқы матрицаның жоғарғы сол жақ элементін нөлге теңеп, содан кейін бірінші қатардың теріс транспозициясын бірінші бағанға және бірінші бағанның теріс транспозициясын бірінші қатарға көшіру арқылы алынған екі матрицаның Пфаффиандарының көбейтіндісіне тең. Бұл индукция арқылы дәлелденеді, детерминантты минорлар бойынша кеңейту және төмендегі рекурсиялық формула қолданылады.
In mathematics, the determinant of an m×m skew symmetric matrix can always be written as the square of a polynomial in the matrix entries, a polynomial with integer coefficients that only depends on m. When m is odd, the polynomial is zero. When m is even, it is a nonzero polynomial of degree m/2, and is unique up to multiplication by ±1. The convention on skew symmetric tridiagonal matrices, given below in the examples, then determines one specific polynomial, called the Pfaffian polynomial. The value of this polynomial, when applied to the entries of a skew symmetric matrix, is called the Pfaffian of that matrix. The term Pfaffian was introduced by , who indirectly named them after Johann Friedrich Pfaff. Explicitly, for a skew symmetric matrix ,
which was first proved by , who cites Jacobi for introducing these polynomials in work on Pfaffian systems of differential equations. Cayley obtains this relation by specialising a more general result on matrices that deviate from skew symmetry only in the first row and the first column. The determinant of such a matrix is the product of the Pfaffians of the two matrices obtained by first setting in the original matrix the upper left entry to zero and then copying, respectively, the negative transpose of the first row to the first column and the negative transpose of the first column to the first row. This is proved by induction by expanding the determinant on minors and employing the recursion formula below.
Рекурсивті анықтама
Конвенция бойынша 0×0 матрицасының Пфаффианы бірге тең. N > 0 болғанда 2n × 2n қисық симметриялық A матрицасының Пфаффианы рекурсивті түрде есептелуі мүмкін, мұндағы i индексі кез келген түрде таңдалынуы мүмкін, – Хевисайд сатылы функциясы, ал – i-інші және j-інші қатарлары мен бағандары алынып тасталған A матрицасын білдіреді. Ерекше жағдайда бұл қарапайым өрнекке дейін қысқартылатынына назар аударыңыз:
where the index i can be selected arbitrarily, is the Heaviside step function, and denotes the matrix A with both the ith and jth rows and columns removed. Note how for the special choice this reduces to the simpler expression:
Қасиеттері мен сәйкестігі
Пфаффиандар келесі қасиеттерге ие, олар детерминанттардың қасиеттеріне ұқсас. Кез келген жол мен оған сәйкес бағанды тұрақтыға көбейту Пфаффианды сол тұрақтыға көбейтумен эквивалентті. Екі әртүрлі жол мен оларға сәйкес бағандарды бірдей уақытта ауыстыру Пфаффианның таңбасын өзгертеді. Бір жол мен сәйкес бағанның белгілі бір еселігін екінші жол мен сәйкес бағанға қосу Пфаффианның мәнін өзгертпейді. Осы қасиеттерді пайдаланып, Пфаффиандарды детерминанттарды есептеу сияқты жылдам есептеуге болады.
Қолданбалар
Пфаффианды сандық есептеуге арналған бағдарламалар әртүрлі платформаларда қолжетімді (Python, Matlab, Mathematica). Пфаффиан – бұл негіздің ортогональды түрлендірілуі кезінде қисық симметриялық матрицаның инвариантты полиномы. Осы себепті, ол сипаттамалық сыныптар теориясында маңызды рөл атқарады. Атап айтқанда, ол жалпыланған Гаусс-Бонне теоремасында қолданылатын Римандық көптүрліліктің Эйлер класын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Жазық графтардағы толық жұптастырулардың саны Пфаффиан арқылы беріледі, демек FKT алгоритмі арқылы полиномиалдық уақытта есептелуі мүмкін. Бұл, жалпы графтар үшін бұл мәселенің өте қиын екенін ескерсек (#P-толық деп аталады), қызықты жағдай. Бұл нәтиже тікбұрыштың доминомен мозаикалау санын, физикадағы Изинг модельдерінің бөлініс функциясын немесе машиналық оқытудағы Марков кездейсоқ өрістерін есептеу үшін қолданылады (; ), онда негізгі граф жазық болып табылады. Сондай-ақ, бұл кейбір көріне шешілмейтін проблемалар үшін тиімді алгоритмдерді тудыруға мүмкіндік береді, соның ішінде шектеулі кванттық есептеудің белгілі бір түрлерін тиімді модельдеуге қатысты. Қосымша ақпарат алу үшін "Голографиялық алгоритм" туралы оқыңыз.