当前课程知识点:组合数学 > 容斥原理和鸽巢原理 > 6人行和Ramsey数 > Ramsey数
所以我们来证明一下
对于六人行中
必然存在3个相互认识
或3个相互不认识
我们转化为完全图的问题
这里面我们就要证明
在一个k6的完全图中
至少存在一个红色的k3
或者黑色的k3
那么我们先分析一下
对应于k6
它一共有6个顶点
我们可以用一个顶点集合
v1 v2一直到v6来表示
那么我们单独地看其中的一个点
比如说我就看第一个顶点
那么它会和其他的五个顶点
进行相连
这五条边需要着两种颜色
这时候我们可以用鸽巢原理
发现一个事实
也就是对应的不是5条边嘛
而5条边要分成两个颜色
那么至少有一种颜色
是占据了三条边的
这就是明显的鸽巢原理
那么这时候我可以假设
对应于从这个点出发的前面三条边
分别是红颜色
剩下的边呢
我颜色并不待定
那么接下来我就去看
通过判决数就可以最终证明出来
Ramsey的k6里面必然存在k3
或者另一种颜色的k3
下面我们就来用判断数
来证明一下Ramsey中的k6问题
也就是说对应于我们可以
从一个点A1出发
来考虑它和其他的5个点进行相连
因为它其他的5个边
必须要有两种颜色
因此必然会有一种颜色
它的颜色数量是3根以上
那么我可以判断一下
对应于这个顶点
它的红色的出度的边
是不是大于等于3个呢
如果它确实是大于等于3个的话
那意味着12 13 14它们是红色的边
那么我接下来再去判断
问对应的2 3 4这三个顶点中边
它是不是全部都是蓝色边呢
如果它全部都是蓝色边
意味着这三个顶点
构成了一个蓝色的三角形
如果它不是
意味着在2 3 4之间
它确实有一条红色的边
而如果有一条边假设
就是2和3这条边是红色的话
那它和A1已经构成了
一个红色三角形
因此走这条路径下来
我们发现它应该至少是
存在一个红色三角形的
那么反推到分支的地方
当时问这里是不是存在
一个蓝色的三角形
也就是所有的边都是蓝色的呢
那么如果答案是是的话
那意味着我们找到了一个
蓝色的三角形
所以对于红色边在v1出度
占了三条边以上的话
无论怎么样的判断形式
都会找到
要么红色三角形
要么是蓝色三角形
那么回头再走另外一个分支
我们通过这样的判决数来看
如果说对应于v1它输出的
三条边不是红颜色
而它中间是有三条边是蓝颜色的话
那意味着对应的它的这个出度
是蓝颜色的出度是大于等于3的
那同样我们可以询问
假设v1v2 v1v3 v1v4是蓝色的边
会有什么问题呢
我们同样会问对应于2 3 4这个
这个对应的三个点中间
是不是全部都是红边呢
如果不是的话
意味着这里面有一个蓝色的边
那有一个蓝色的边假如
我设计的是2和3之间是蓝色的边
而刚才已经说到了
这三条边如果已经是蓝色
再加上2 3这条边是蓝色的话
那已经构成了一个蓝色三角形
同样回到刚才分支的地方
这里面我们说了
它是所有的边都是红色
那意味着我们找到了一个
红色三角形
因此根据我们的判断
无论走哪一个分支
最终都能找到蓝色三角形
或者红色三角形
因此证明了在k6中
我们进行二着色
必然可以存在同色的三角形
要么是同样红色的三角形
要么是同样的蓝色三角形
听到Ramsey数问题
实际上就是在研究完全图的二着色
比如说我们刚才提到的
对于k6这样一个多边形来说
我们如果用二着色对它的边
进行着色的话
我们会保证在k6中
必然存在红色的三角形
或者蓝色的三角形
那么就会有这样一个问题
对应于红色三角形和蓝色三角形
我知道只要是一个正六边形
就可以了
那么如果我想知道
得多大一个正多边形才保证
在它的中间边进行二着色的时候
保证能够出现k4
或者另外一种颜色的k4呢
这就是Ramsey数问题
我们可以用R3 3来表示
对应于R3 3等于6
就表示的对应于一个六边形
它中间进行二着色
就可以保证有同色的k3
那么如果刚才的问题
我们在多大一个正多边形中
能够保证有红色的k4
或者蓝色的k4呢
就可以用R4 4来表示
我们可以证明其实R4 4的个数
等于18
它意味着一个正十八边形
它的对应着二着色的话
里面就必然存在一个红色的k4
或者蓝色的k4
而同样问题再换一下
如果我要保证其中
至少有一个红色的k3
或者是一个蓝色的k4呢
我们也可以通过证明
对应的计算出来R3 4是等于9的
那么再进一步
要多大的一个正多边形
能够保证二着色的时候
里面必然存在一个同色的k5呢
这个问题大家觉得应该很简单嘛
五无非就去找相应的多边形就行了
哪怕我用枚举的方法
是不是都可以呢
但是要知道
你要对一个正多边形
进行全部边的枚举
它的复杂度是相当之高
它的复杂度已经达到了o2的n减1
乘以n减2除以2次方
这是一个非常大的数量级
甚至到目前为止
R5 5等于多少
没有人知道
仅仅知道它是落在
从43到49之间的
43 49这样一个正多边形
相对对我们来说
规模并不大呀
但是它的一个枚举过程
是非常困难的
曾经有数学家这样调侃说
如果有外来的外星人攻击地球
它们要求不高
他就说能不能算出来R5 5
如果算出来R5 5的话
我们就不攻打你
那这时候数学家就说
我们应该集合所有全世界的计算机
一块来算R5 5
也许还有希望
但是回头再说
他们就说后怕呀
如果是外星人让我算R6 6的话
那我觉得不可能算出来
不如拼死一搏吧
所以由此看到
Ramsey数虽然一个非常简单直观的
但是到目前为止
它的具体数值仍然是个迷
甚至像R5 5这样
已经到了在43 49之间了
仍然没有具体的数值
可以看到Ramsey数
确实具有神奇的魅力
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