scholarly journals Bijections for lattice paths between two boundaries

2012 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AR,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Sergi Elizalde ◽  
Martin Rubey
Keyword(s):  
Joint Distribution ◽  
Tutte Polynomial ◽  
Lattice Paths ◽  
Dyck Paths ◽  
International Audience ◽  
Pattern Avoiding Permutations

International audience We prove that on the set of lattice paths with steps $N=(0,1)$ and $E=(1,0)$ that lie between two boundaries $B$ and $T$, the two statistics `number of $E$ steps shared with $B$' and `number of $E$ steps shared with $T$' have a symmetric joint distribution. We give an involution that switches these statistics, preserves additional parameters, and generalizes to paths that contain steps $S=(0,-1)$ at prescribed $x$-coordinates. We also show that a similar equidistribution result for other path statistics follows from the fact that the Tutte polynomial of a matroid is independent of the order of its ground set. Finally, we extend the two theorems to $k$-tuples of paths between two boundaries, and we give some applications to Dyck paths, generalizing a result of Deutsch, and to pattern-avoiding permutations. On montre que, sur l'ensemble des chemins avec des pas $N=(0,1)$ et $E=(1,0)$ qui se trouvent entre deux chemins donnés $B$ et $T$, les deux statistiques"`nombre des pas $E$ en commun avec $B$" et "nombre des pas $E$ en commun avec $T$" ont une distribution conjointe symétrique. On donne une involution qui échange ces deux statistiques, préserve quelques autres paramètres additionnels, et admet une généralisation à des chemins avec des pas $S=(0, -1)$ dans des positions données. On montre aussi un autre résultat d'équidistribution similaire, lié au polynôme de Tutte d'un matroïde. Finalement, on étend les deux théorèmes à $k$-tuples de chemins entre deux frontières, et on donne quelques applications aux chemins de Dyck, en généralisant un résultat de Deutsch, et aux permutations avec des motifs exclus.

scholarly journals Pattern-avoiding Dyck paths

2013 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AS,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Antonio Bernini ◽  
Luca Ferrari ◽  
Renzo Pinzani ◽  
Julian West
Keyword(s):  
Asymptotic Behavior ◽  
Pattern Avoidance ◽  
Lattice Paths ◽  
Dyck Path ◽  
Typical Pattern ◽  
Open Problems ◽  
Dyck Paths ◽  
International Audience ◽  
Pattern Containment

International audience We introduce the notion of $\textit{pattern}$ in the context of lattice paths, and investigate it in the specific case of Dyck paths. Similarly to the case of permutations, the pattern-containment relation defines a poset structure on the set of all Dyck paths, which we call the $\textit{Dyck pattern poset}$. Given a Dyck path $P$, we determine a formula for the number of Dyck paths covered by $P$, as well as for the number of Dyck paths covering $P$. We then address some typical pattern-avoidance issues, enumerating some classes of pattern-avoiding Dyck paths. Finally, we offer a conjecture concerning the asymptotic behavior of the sequence counting Dyck paths avoiding a generic pattern and we pose a series of open problems regarding the structure of the Dyck pattern poset.

scholarly journals Random sampling of lattice paths with constraints, via transportation

2010 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AM,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Lucas Gerin
Keyword(s):  
Markov Chain ◽  
Markov Chains ◽  
Random Sampling ◽  
Optimal Transport ◽  
Lattice Paths ◽  
Dimensional Lattice ◽  
One Dimensional ◽  
Contraction Property ◽  
International Audience

International audience We build and analyze in this paper Markov chains for the random sampling of some one-dimensional lattice paths with constraints, for various constraints. These chains are easy to implement, and sample an "almost" uniform path of length $n$ in $n^{3+\epsilon}$ steps. This bound makes use of a certain $\textit{contraction property}$ of the Markov chain, and is proved with an approach inspired by optimal transport.

scholarly journals Area of Brownian Motion with Generatingfunctionology

2003 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AC,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Michel Nguyên Thê
Keyword(s):  
Brownian Motion ◽  
Random Walks ◽  
Generating Functions ◽  
Limit Distributions ◽  
Dyck Paths ◽  
Different Types ◽  
International Audience

International audience This paper gives a survey of the limit distributions of the areas of different types of random walks, namely Dyck paths, bilateral Dyck paths, meanders, and Bernoulli random walks, using the technology of generating functions only.

scholarly journals The profile of unlabeled trees

2005 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AD,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Bernhard Gittenberger
Keyword(s):  
Local Time ◽  
Joint Distribution ◽  
Random Trees ◽  
Rooted Trees ◽  
Brownian Excursion ◽  
Level Number ◽  
International Audience ◽  
The Times ◽  
Simply Generated Trees

International audience We consider the number of nodes in the levels of unlabeled rooted random trees and show that the joint distribution of several level sizes (where the level number is scaled by $\sqrt{n}$) weakly converges to the distribution of the local time of a Brownian excursion evaluated at the times corresponding to the level numbers. This extends existing results for simply generated trees and forests to the case of unlabeled rooted trees.

scholarly journals Zonotopes, toric arrangements, and generalized Tutte polynomials

2010 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AN,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Luca Moci
Keyword(s):  
Characteristic Polynomial ◽  
Hilbert Series ◽  
Hyperplane Arrangement ◽  
Tutte Polynomial ◽  
Integral Points ◽  
Poincaré Polynomial ◽  
Tutte Polynomials ◽  
International Audience ◽  
Toric Arrangement ◽  
Positive Coefficients

International audience We introduce a multiplicity Tutte polynomial $M(x,y)$, which generalizes the ordinary one and has applications to zonotopes and toric arrangements. We prove that $M(x,y)$ satisfies a deletion-restriction recurrence and has positive coefficients. The characteristic polynomial and the Poincaré polynomial of a toric arrangement are shown to be specializations of the associated polynomial $M(x,y)$, likewise the corresponding polynomials for a hyperplane arrangement are specializations of the ordinary Tutte polynomial. Furthermore, $M(1,y)$ is the Hilbert series of the related discrete Dahmen-Micchelli space, while $M(x,1)$ computes the volume and the number of integral points of the associated zonotope. On introduit un polynôme de Tutte avec multiplicité $M(x, y)$, qui généralise le polynôme de Tutte ordinaire et a des applications aux zonotopes et aux arrangements toriques. Nous prouvons que $M(x, y)$ satisfait une récurrence de "deletion-restriction'' et a des coefficients positifs. Le polynôme caractéristique et le polynôme de Poincaré d'un arrangement torique sont des spécialisations du polynôme associé $M(x, y)$, de même que les polynômes correspondants pour un arrangement d'hyperplans sont des spécialisations du polynôme de Tutte ordinaire. En outre, $M(1, y)$ est la série de Hilbert de l'espace discret de Dahmen-Micchelli associé, et $M(x, 1)$ calcule le volume et le nombre de points entiers du zonotope associé.

scholarly journals Constructing combinatorial operads from monoids

2012 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AR,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Samuele Giraudo
Keyword(s):  
Rooted Trees ◽  
Parking Functions ◽  
Combinatorial Objects ◽  
Dyck Paths ◽  
International Audience ◽  
Motzkin Paths ◽  
Planar Rooted Trees

International audience We introduce a functorial construction which, from a monoid, produces a set-operad. We obtain new (symmetric or not) operads as suboperads or quotients of the operad obtained from the additive monoid. These involve various familiar combinatorial objects: parking functions, packed words, planar rooted trees, generalized Dyck paths, Schröder trees, Motzkin paths, integer compositions, directed animals, etc. We also retrieve some known operads: the magmatic operad, the commutative associative operad, and the diassociative operad.

scholarly journals The multivariate arithmetic Tutte polynomial

2012 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AR,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Petter Brändèn ◽  
Luca Moci
Keyword(s):  
General Framework ◽  
Tutte Polynomial ◽  
Geometric Interpretation ◽  
Nous Proposons ◽  
International Audience

International audience We introduce an arithmetic version of the multivariate Tutte polynomial recently studied by Sokal, and a quasi-polynomial that interpolates between the two. We provide a generalized Fortuin-Kasteleyn representation for representable arithmetic matroids, with applications to arithmetic colorings and flows. We give a new proof of the positivity of the coefficients of the arithmetic Tutte polynomial in the more general framework of pseudo-arithmetic matroids. In the case of a representable arithmetic matroid, we provide a geometric interpretation of the coefficients of the arithmetic Tutte polynomial. Nous introduisons une version arithmétique du polynôme de Tutte multivariée récemment étudié par Sokal, et un quasi-polynôme qui interpole entre les deux. Nous proposons une représentation de Fortuin-Kasteleyn neutralise pour les matroïdes arithmétiques représentables, avec des applications aux colorations et flux arithmétiques. Nous donnons une nouvelle preuve de la positivité des coefficients du polynôme de Tutte arithmétique dans le cadre plus général des matroïdes pseudo-arithmétiques. Dans le cas d'un matroïde arithmétique représentable, nous proposons une interprétation géométrique des coefficients du polynôme de Tutte arithmétique.

scholarly journals Mixed Statistics on $01$-Fillings of Moon Polyominoes

2010 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AN,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
William Y. C. Chen ◽  
Andrew Y. Z. Wang ◽  
Catherine H. Yan ◽  
Alina F. Y. Zhao
Keyword(s):  
Joint Distribution ◽  
Bottom Cell ◽  
Nous Montrons ◽  
International Audience

International audience We establish a stronger symmetry between the numbers of northeast and southeast chains in the context of $01$-fillings of moon polyominoes. Let $\mathcal{M}$ be a moon polyomino. Consider all the $01$-fillings of $\mathcal{M}$ in which every row has at most one $1$. We introduce four mixed statistics with respect to a bipartition of rows or columns of $\mathcal{M}$. More precisely, let $S$ be a subset of rows of $\mathcal{M}$. For any filling $M$, the top-mixed (resp. bottom-mixed) statistic $\alpha (S; M)$ (resp. $\beta (S; M)$) is the sum of the number of northeast chains whose top (resp. bottom) cell is in $S$, together with the number of southeast chains whose top (resp. bottom) cell is in the complement of $S$. Similarly, we define the left-mixed and right-mixed statistics $\gamma (T; M)$ and $\delta (T; M)$, where $T$ is a subset of the columns. Let $\lambda (A; M)$ be any of these four statistics $\alpha (S; M)$, $\beta (S; M)$, $\gamma (T; M)$ and $\delta (T; M)$. We show that the joint distribution of the pair $(\lambda (A; M), \lambda (M/A; M))$ is symmetric and independent of the subsets $S, T$. In particular, the pair of statistics $(\lambda (A;M), \lambda (M/A; M))$ is equidistributed with $(\mathrm{se}(M), \mathrm{ne}(M))$, where $\mathrm{se}(M)$ and $\mathrm{ne}(M)$ are the numbers of southeast chains and northeast chains of $M$, respectively. Nous établissons une symétrie plus forte entre les nombres de chaînes nord-est et sud-est dans le cadre des remplissages $01$ des polyominos lune. Soit $\mathcal{M}$ un polyomino lune. Considérez tous les remplissages $01$ de $\mathcal{M}$ dans lesquels chaque rangée contient au plus un $1$. Nous présentons quatre statistiques mixtes sur les bipartitions des rangées et des colonnes de $\mathcal{M}$. Plus précisément, soit $S$ un sous-ensemble de rangées de $\mathcal{M}$. Pour tout remplissage $M$, la statistique mixte du dessus (resp. du dessous) $\alpha (S; M)$ (resp. $\beta (S; M)$) est la somme du nombre de chaînes nord-est dont le dessus (resp. le dessous) est dans $S$, et du nombre de chaînes sud-est dont la cellule supérieure (resp. inférieure) est dans le complément de $S$. De même, nous définissons les statistiques mixtes à gauche et à droite $\gamma (T; M)$ et $\delta (T; M)$, où $T$ est un sous-ensemble des colonnes. Soit $\lambda (A; M)$ une des quatre statistiques$\alpha (S; M)$, $\beta (S; M)$, $\gamma (T; M)$ et $\delta (T; M)$. Nous montrons que la distribution commune des paires $(\lambda (A; M), \lambda (M/A; M))$ est symétrique et indépendante des sous-ensembles $S, T$. En particulier, la paire de statistiques $(\lambda (A;M), \lambda (M/A; M))$ est équidistribuée avec $(\mathrm{se}(M), \mathrm{ne}(M))$, où $\mathrm{se}(M)$ et $\mathrm{ne}(M)$ sont les nombres de chaînes sud-est et nord-est de $M$ respectivement.

scholarly journals Arc-Coloured Permutations

2013 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AS,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Lily Yen
Keyword(s):  
Generating Functions ◽  
Joint Distribution ◽  
Rational Functions ◽  
Set Partitions ◽  
Combinatorial Objects ◽  
Crossing Numbers ◽  
Rational Series ◽  
Nous Montrons ◽  
International Audience ◽  
Labelled Graphs

International audience The equidistribution of many crossing and nesting statistics exists in several combinatorial objects like matchings, set partitions, permutations, and embedded labelled graphs. The involutions switching nesting and crossing numbers for set partitions given by Krattenthaler, also by Chen, Deng, Du, Stanley, and Yan, and for permutations given by Burrill, Mishna, and Post involved passing through tableau-like objects. Recently, Chen and Guo for matchings, and Marberg for set partitions extended the result to coloured arc annotated diagrams. We prove that symmetric joint distribution continues to hold for arc-coloured permutations. As in Marberg's recent work, but through a different interpretation, we also conclude that the ordinary generating functions for all j-noncrossing, k-nonnesting, r-coloured permutations according to size n are rational functions. We use the interpretation to automate the generation of these rational series for both noncrossing and nonnesting coloured set partitions and permutations. <begin>otherlanguage*</begin>french L'équidistribution de plusieurs statistiques décrites en termes d'emboitements et de chevauchements d'arcs s'observes dans plusieurs familles d'objects combinatoires, tels que les couplages, partitions d'ensembles, permutations et graphes étiquetés. L'involution échangeant le nombre d'emboitements et de chevauchements dans les partitions d'ensemble due à Krattenthaler, et aussi Chen, Deng, Du, Stanley et Yan, et l'involution similaire dans les permutations due à Burrill, Mishna et Post, requièrent d'utiliser des objets de type tableaux. Récemment, Chen et Guo pour les couplages, et Marberg pour les partitions d'ensembles, ont étendu ces résultats au cas de diagrammes arc-annotés coloriés. Nous démontrons que la propriété d'équidistribution s'observe est aussi vraie dans le cas de permutations aux arcs coloriés. Tout comme dans le travail résent de Marberg, mais via un autre chemin, nous montrons que les séries génératrices ordinaires des permutations r-coloriées ayant au plus j chevauchements et k emboitements, comptées selon la taille n, sont des fonctions rationnelles. Nous décrivons aussi des algorithmes permettant de calculer ces fonctions rationnelles pour les partitions d'ensembles et les permutations coloriées sans emboitement ou sans chevauchement. <end>otherlanguage*</end>

scholarly journals Cayley and Tutte polytopes

2012 ◽  
Vol DMTCS Proceedings vol. AR,... (Proceedings) ◽  
Author(s):  
Matjaž Konvalinka ◽  
Igor Pak
Keyword(s):  
Complete Graph ◽  
Tutte Polynomial ◽  
Convex Hulls ◽  
Connected Graphs ◽  
Labeled Trees ◽  
Graph Traversal ◽  
International Audience ◽  
Search Graph ◽  
Traversal Algorithm

International audience Cayley polytopes were defined recently as convex hulls of Cayley compositions introduced by Cayley in 1857. In this paper we resolve Braun's conjecture, which expresses the volume of Cayley polytopes in terms of the number of connected graphs. We extend this result to a two-variable deformations, which we call Tutte polytopes. The volume of the latter is given via an evaluation of the Tutte polynomial of the complete graph. Our approach is based on an explicit triangulation of the Cayley and Tutte polytope. We prove that simplices in the triangulations correspond to labeled trees and forests. The heart of the proof is a direct bijection based on the neighbors-first search graph traversal algorithm. Les polytopes de Cayley ont été définis récemment comme des ensembles convexes de compositions de Cayley introduits par Cayley en 1857. Dans ce papier, nous résolvons la conjecture de Braun. Cette dernière exprime le volume du polytopes de Cayley en termes du nombre de graphes connexes. Nous étendons ce résultat à des déformations de polytopes de Cayley à deux variables, à savoir les polytopes de Tutte. Le volume de ces derniers est donnè par une évaluation du polynôme de Tutte du graphe complet. Notre approche est basée sur une triangulation explicite des polytopes de Cayley et Tutte. Nous démontrons que les simplexes de ces triangulations correspondent à des arbres marqués. La pierre angulaire de notre démonstration est une bijection directe basées sur l'algorithme de la recherche du premier voisin sur le graphe.

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