Consideriamo una permutazione nella notazione 1-linea
dell'insieme . Diciamo inversione di tra e se e . L'inversione viene denotata o dalla coppia delle due posizioni [1][2] o dalla coppia degli elementi .[3][4][5]
Dicesi insieme inversione l'insieme di tutte le inversioni e si denota . Quindi in notazione posizione-elementi si ha:
o in maniera equivalente nella notazione valore-elementi:
Nel caso di notazione posizione-elemento di una permutazione l'insieme è uguale a quello della permutazione inversa con la notazione valore-elemento con la coppia di elementi scambiata, cioè :
Allo stesso modo, l'insieme inversione di una permutazione usando la notazione valore-elemento è uguale a quello della permutazione inversa con la notazione posizione-elemento con i due indici scambiati, quindi .[6]
per cui, noto l'insieme inversione di una permutazione, è facile trovare quello della sua inversa in notazione posizione-elemento:
Le inversioni di solito si definiscono per le permutazioni, ma possono anche definirsi per le successioni: Sia una successione (o permutazione multiinsieme[7]). Se e , sia la coppia delle posizioni [8][9] o la coppia di elementi [10] viene detta inversione di .
Per le successioni, la definizione d'inversione usando gli elementi non è unica, infatti differenti coppie di posizioni possono avere la stessa coppia di valori.
Numero d'inversione
Il numero inversione con notazione [11] di una successione di numeri
rappresenta la cardinalità dell'insieme inversione. È una misura comune dell'ordinamento (a volte chiamato preordinamento) di una permutazione[12] o successione.[13] Il campo di valori è:
.
Nel caso di permutazioni si usa pure il simbolo , inoltre una permutazione e la sua inversa hanno lo stesso numero inversione, cioè:
Ad esempio in quanto la successione è ordinata. Inoltre, quando cioè un numero pari, (infatti ogni coppia è un'inversione). Quest'ultimo esempio mostra che un insieme intuitivamente quasi ordinato può ancora avere un numero quadratico di inversioni.
Il numero di inversione è il numero di incroci nel diagramma a freccia di una permutazione,[14] oppure è la distanza tau di Kendall della permutazione da quella identica () ed è anche la somma di ciascuno dei vettori correlati all'inversione definiti di seguito.
Altre misure di ordinamento includono il numero minimo di elementi che possono essere eliminati dalla sequenza per produrre una sequenza completamente ordinata, the number and lengths of sorted "runs" within the sequence, the Spearman footrule (somma delle distanze di ogni elemento dalla sua posizione ordinata), ed è il più piccolo numero di scambi necessari per avere una successione ordinata.Template:Sfn Gli algoritmi di ordinamento comparativi standard si possono adattare per calcolare il numero di inversione nel tempo .[15]
Vettori d'inversione
Consideriamo una permutazione nella notazione 1-linea e utilizziamo due indici diversi per la posizione
e la sua inversa nella stessa notazione
.
Possiamo associare dei vettori tra loro analoghi per rappresentare le inversioni di una permutazione in insiemi di componenti che le determinano univocamente. Viene usato il termine vettore inversione seguito da un modo specifico di operare nel calcolo delle possibili inversioni. (A list of sources is found here.)
Definiamo il vettore inversione destro nella notazione vettoriale e nella notazione fattoriale
e prima componente sempre nulla. Nella definizione della componente indichiamo il numero d'inversioni il cui componente più piccolo è nella posizione .Template:Sfn. Per il suo calcolo occorre trovare il numero di elementi in che stanno a destra di e sono minori di esso. In notazioni equivalenti:
analogamente possiamo definire il vettore sinistro nelle due notazioni viste prima
e prima componente nulla. Il calcolo delle sue componenti:
Vettore inversione sinistro, destro di π: l, r
Definiamo il vettore inversione sinistro nella notazione vettoriale e nella notazione fattoriale
la prima componente è sempre nulla. In notazione posizionale indica il numero d'inversioni la cui componente più grande (a destra) è . Per il suo calcolo fissiamo un elemento , e contiamo il numero elementi del tipo maggiori di che stanno a sinistra di quello fissato . In notazioni equivalenti:
e definiamo il vettore inversione destro nelle due solite notazioni
con prima componente nulla e spesso detto codice di Lehmer. Definiamo in notazione posizionale come il numero d'inversioni la cui componente più piccola (sinistra) è . Per il suo calcolo fissiamo un elemento , e contiamo il numero elementi del tipo minori di che stanno a destra di quello fissato . In notazioni equivalenti:
Sia che si possono rappresentare con il diagramma di Rothe, cioè una matrice di permutazione con gli elementi rappresentati da puntini, e un'inversione (spesso indicata con una crocetta), utilizzando le definizioni viste, in ogni posizione quando si effettua il calcolo del vettore inversione destro di detto anche vettore codice Lehmer, in questo caso le colonne rappresentano i valori . Il valore di si ottiene come somma delle inversioni della -esima riga del diagramma, mentre si ottiene come somma delle inversioni nella -esima colonna. Il diagramma della permutazione inversa si ottiene per trasposizione, per cui di una permutazione diventa della sua inversa, e viceversa.
Infine è da notare che esistono delle relazioni tra i vettori d'inversione destri e quelli sinistri. Conoscendo i vettori L, L' si ottengono I',I tramite :
o in forma indiciale
oppure dai vettori I, I' si ottengono L', L tramite :
Consideriamo la seguente permutazione di 6 elementi:
che ammette inversa
Possiamo calcolare i vettori d'inversione per il diagramma di Rothe accanto
Vettore inversione destro di (Vettore Lehmer)
1
2
2<5
1
1 5!=120
3
2<4
4
2<6
5
2<3
6
2>1
(1,6)
(1,1)
2
3
5>4
(2,3)
(2,4)
3
3 4!=72
4
5<6
5
5>3
(2,5)
(2,3)
6
5>1
(2,6)
(2,1)
3
4
4<6
2
2 3!=12
5
4>3
(3,5)
(3,3)
6
4>1
(3,6)
(3,1)
4
5
6>3
(4,5)
(4,3)
2
2 2!=4
6
6>1
(4,6)
(4,1)
5
6
3>1
(5,6)
(5,1)
1
1 1! = 1
6
0
0 0! = 0
Vettore inversione destro di
1
2
6>1
(1,2)
(1,1)
5
3
6>5
(1,3)
(1,5)
4
6>3
(1,4)
(1,3)
5
6>2
(1,5)
(1,2)
6
6>4
(1,6)
(1,4)
2
3
1<5
0
4
1<3
5
1<2
6
1<4
3
4
5>3
(3,4)
(3,3)
3
5
5>2
(3,5)
(3,2)
6
5>4
(3,6)
(3,4)
4
5
3>2
(4,5)
(4,2)
1
6
3<4
5
6
2<4
0
6
0
Insiemi permutazioni di 3 e 4 elementi
Le tabelle ordinabili mostrano le 6 permutazioni di tre elementi e le 24 permutazioni di 4 elementi con le colonne seguenti:
: il valore in base 10 del vettore inversione destro di o vettore di Lehmer. Le permutazioni involutive () sono contraddistinte con il colore verde.
: visualizza la matrice di permutazione associata.
: la permutazione in notazione 1-linea.
p-b (cioè place-based): rappresentazione in un triangolo formato dal numero di coppie (i,j) nella notazione posizionale dell'insieme d'inversione.
: vettore inversione destro della permutazione inversa .
: vettore inversione destro della permutazione .
oppure : numero d'inversioni. Da notare che . Inoltre le inversioni dispari (numeri in nero) hanno segno della permutazione e quelle pari (numeri in rosso) hanno segno +1.
Le componenti dei vettori inversione destri nel sistema numerico fattoriale sono espressi con le cifre in colore rosso con quella meno significativa opaca, ad esempio
1000
indica nel sistema numerico fattoriale
Proprietà
I vettori inversione sx e dx di sono in relazione con l'insieme d'inversione che è contenuto nell'insieme delle possibili coppie rappresentate da un triangolo p-b (place-based). I valori non nulli del vettore inversione sinistro sono le somme delle coppie delle diagonali discendenti o principali del triangolo p-b, mentre quelle del vettore inversione destro sono le somme delle coppie delle diagonali ascendenti o secondarie. (Dalla figura accanto per n=4, le coppie nelle diagonali discendenti hanno in comune la posizione j=2,3,4; mentre le coppie nelle diagonali ascendenti hanno in comune la componente i=1,2,3.)
I vettori inversione ed hanno le stesse cifre, lo stesso per ed . Ad esempio per n=3 si ha:
v
r
v'
l
123
000
000
000
000
213
100
100
010
010
132
010
010
001
001
312
110
200
002
011
231
200
110
011
002
321
210
210
012
012
L'ordine rev-colex di , è lo stesso come l'ordine colex del vettore . L'ordine lex di è lo stesso ordine per il vettore . L'ordine colex si ottiene da quello lex per inversione delle singole sequenze 1-linea. Ad esempio per n=3 si ha:
infine se invertiamo l'ordine otteniamo rev-lex e rev-colex, cioè
per i vettori inversione nell'ordine lex di si hanno
e invertendo le singole sequenze si ottiene
che corrispondono ai vettori inversione nell'ordine rev-colex di .
Insieme delle permutazioni di 3 elementi
Lex / rev-Lex
p-b
0
123
000
000
0
1
132
010
010
1
2
213
100
100
1
3
231
200
110
2
4
312
110
200
2
5
321
210
210
3
rev-Colex / Colex
p-b
0
123
000
000
0
1
213
010
010
1
2
132
001
001
1
3
312
002
011
2
4
231
011
002
2
5
321
012
012
3
Il gruppo simmetrico n=3 ammette 4 elementi simmetrici (celle verdi prima colonna).
Insieme delle permutazioni di 4 elementi
Ordine lex
p-b
0
1234
0000
0000
0
1
1243
0010
0010
1
2
1324
0100
0100
1
3
1342
0200
0110
2
4
1423
0110
0200
2
5
1432
0210
0210
3
6
2134
1000
1000
1
7
2143
1010
1010
2
8
2314
2000
1100
2
9
2341
3000
1110
3
10
2413
2010
1200
3
11
2431
3010
1210
4
12
3124
1100
2000
2
13
3142
1200
2010
3
14
3214
2100
2100
3
15
3241
3100
2110
4
16
3412
2200
2200
4
17
3421
3200
2210
5
18
4123
1110
3000
3
19
4132
1210
3010
4
20
4213
|
2110
3100
4
21
4231
3110
3110
5
22
4312
2210
3200
5
23
4321
3210
3210
6
Ordine rev-colex
p-b
0
1234
0000
0000
0
1
2134
0000
0000
1
2
1324
0000
0000
1
3
3124
0000
0000
2
4
2314
0000
0000
2
5
3214
0000
0000
3
6
1243
0000
0000
1
7
2143
0000
0000
2
8
1423
0000
0000
2
9
4123
0000
0000
3
10
2413
0000
0000
3
11
4213
0000
0000
4
12
1342
0000
0000
2
13
3142
0000
0000
3
14
1432
0000
0000
3
15
4132
0000
0000
4
16
3412
0000
0000
4
17
4312
0000
0000
5
18
2341
0000
0000
3
19
3241
0000
0000
4
20
2431
0000
0000
4
21
4231
0000
0000
5
22
3421
0000
0000
5
23
4321
0000
0000
6
Il gruppo simmetrico n=4 ammette 10 elementi simmetrici.
Insieme delle permutazioni di 4-elementi
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
p-b
#
0
1234
4321
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0
1
2134
4312
1000
0001
0010
0100
1000
0001
1
2
1324
4231
0100
0010
0100
0010
0100
0010
1
3
3124
4213
1100
0011
0110
0110
2000
0002
2
4
2314
4132
2000
0002
0200
0020
1100
0011
2
5
3214
4123
2100
0012
0210
0120
2100
0012
3
6
1243
3421
0010
0100
1000
0001
0010
0100
1
7
2143
3412
1010
0101
1010
0101
1010
0101
2
8
1423
3241
0110
0110
1100
0011
0200
0020
2
9
4123
3214
1110
0111
1110
0111
3000
0003
3
10
2413
3142
2010
0102
1200
0021
1200
0021
3
11
4213
3124
2110
0112
1210
0121
3100
0013
4
12
1342
2431
0200
0020
2000
0002
0110
0110
2
13
3142
2413
1200
0021
2010
0102
2010
0102
3
14
1432
2341
0210
0120
2100
0012
0210
0120
3
15
4132
2314
1210
0121
2110
0112
3010
0103
4
16
3412
2143
2200
0022
2200
0022
2200
0022
4
17
4312
2134
2210
0122
2210
0122
3200
0023
5
18
2341
1432
3000
0003
3000
0003
1110
0111
3
19
3241
1423
3100
0013
3010
0103
2110
0112
4
20
2431
1342
3010
0103
3100
0013
1210
0121
4
21
4231
1324
3110
0113
3110
0113
3110
0113
5
22
3421
1243
3200
0023
3200
0023
2210
0122
5
23
4321
1234
3210
0123
3210
0123
3210
0123
6
Ordinamento debole delle permutazioni
The set of permutations on n items can be given the structure of a partial order, called the weak order of permutations, which forms a lattice.
If a permutation is assigned to each inversion set using the place-based definition, the resulting order of permutations is that of the permutohedron, where an edge corresponds to the swapping of two elements with consecutive values. This is the weak order of permutations. The identity is its minimum, and the permutation formed by reversing the identity is its maximum.
If a permutation were assigned to each inversion set using the element-based definition, the resulting order of permutations would be that of a Cayley graph, where an edge corresponds to the swapping of two elements on consecutive places. This Cayley graph of the symmetric group is similar to its permutohedron, but with each permutation replaced by its inverse.
(EN) Aigner Martin, Word Representation, in A course in enumeration, Berlin, New York, Springer, 2007, DOI:978-3642072536Controllare il valore del parametro doi (aiuto).
(EN) Hosam M. Mahmoud, Sorting Nonrandom Data, in Sorting: a distribution theory, Wiley-Interscience series in discrete mathematics and optimization Vol.54, Wiley-IEEE, 2000.
(EN) Sriram V. Pemmaraju; Steven S. Skiena, Permutations and combinations, in Computational discrete mathematics: combinatorics and graph theory with Mathematica, CUP, 2003, ISBN978-0-521-80686-2.
(EN) J.S. Vitter; Ph. Flajolet; Jan van Leeuwen, Average-Case Analysis of Algorithms and Data Structures, in Algorithms and Complexity, 2ª ed., Elsevier, 1990, ISBN978-0-444-88071-0.