Matematická indukce. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 3

Podobné dokumenty
Řešení rekurentních rovnic 2. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 11

Ekvivalence. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 5

Základní datové struktury III: Stromy, haldy

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

Pumping lemma - podstata problému. Automaty a gramatiky(bi-aag) Pumping lemma - problem resolution. Pumping lemma - podstata problému

Výroková a predikátová logika - IV

Vlastnosti regulárních jazyků

Rekurzivní algoritmy

Stromy, haldy, prioritní fronty

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Stefan Ratschan. Fakulta informačních technologíı. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Modely Herbrandovské interpretace

Řešení rekurentních rovnic 3. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 12

Logické programy Deklarativní interpretace

Cvičení z logiky II.

VLASTNOSTI GRAFŮ. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze. BI-GRA, LS 2010/2011, Lekce 5

NEJKRATŠÍ CESTY I. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Rekurence, rekurze a sumy. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM

Úvod do matematiky. Mgr. Radek Horenský, Ph.D. Důkazy

Grafy. doc. Mgr. Jiří Dvorský, Ph.D. Katedra informatiky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TU Ostrava. Prezentace ke dni 13.

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

Matematické důkazy Struktura matematiky a typy důkazů

Matematická indukce a správnost programů. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 13

1 Výroková logika 1. 2 Predikátová logika 3. 3 Důkazy matematických vět 4. 4 Doporučená literatura 7

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

6 Lineární geometrie. 6.1 Lineární variety

Binární vyhledávací stromy pokročilé partie

Logika XI. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

Množinu všech slov nad abecedou Σ značíme Σ * Množinu všech neprázdných slov Σ + Jazyk nad abecedou Σ je libovolná množina slov nad Σ

Zobecněný Riemannův integrál

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

Každé formuli výrokového počtu přiřadíme hodnotu 0, půjde-li o formuli nepravdivou, a hodnotu 1, půjde-li. α neplatí. β je nutná podmínka pro α

Logika II. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

Výroková a predikátová logika - XII

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Systém přirozené dedukce výrokové logiky

FREDHOLMOVA ALTERNATIVA

Formální systém výrokové logiky

Výroková a predikátová logika - X

Binární vyhledávací stromy II

Výroková a predikátová logika - IX

Aplikovaná numerická matematika

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Základy matematické analýzy

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

Zpracoval: 7. Matematická indukce a rekurse. Řešení rekurentních (diferenčních) rovnic s konstantními koeficienty.

4 Stromy a les. Definice a základní vlastnosti stromů. Kostry grafů a jejich počet.

Regulární výrazy. Definice Množina regulárních výrazů nad abecedou Σ, označovaná RE(Σ), je definována induktivně takto:

Predik atov a logika - pˇredn aˇska () Predik atov a logika - pˇredn aˇska / 16

Principy indukce a rekurentní rovnice

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

10 Přednáška ze

Výroková a predikátová logika - II

Výroková a predikátová logika - V

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Výroková a predikátová logika - IX

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

1.4.6 Stavba matematiky, důkazy

7 Jemný úvod do Logiky

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Logika. 6. Axiomatický systém výrokové logiky

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

5 Rekurze a zásobník. Rekurzivní volání metody

Unární je také spojka negace. pro je operace binární - příkladem může být funkce se signaturou. Binární je velká většina logických spojek

Výroková a predikátová logika - II

Matematika B101MA1, B101MA2

Konstrukce relace. Postupně konstruujeme na množině všech stavů Q relace i,

Náhled testu. Přijímací zkouška magisterského studia. konečný automat bez zbytečných stavů, který přijímá jazyk popsaný tímto výrazem, má:

2 Důkazové techniky, Indukce

Náhled testu. Přijímací zkouška magisterského studia. konečný automat bez zbytečných stavů, který přijímá jazyk popsaný tímto výrazem, má:

Algoritmy výpočetní geometrie

Negativní informace. Petr Štěpánek. S použitím materiálu M.Gelfonda a V. Lifschitze. Logické programování 15 1

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

ORIENTOVANÉ GRAFY, REPREZENTACE GRAFŮ

Rekurentní rovnice, strukturální indukce

Derivace funkce. prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. Katedra matematiky BI-ZMA ZS 2009/2010

TOKY V SÍTÍCH II. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze

Lineární algebra : Lineární (ne)závislost

Unbounded Model Checking

10 Důkazové postupy pro algoritmy

Mgr. Rudolf Blažek, Ph.D. prof. RNDr. Roman Kotecký Dr.Sc.

TURINGOVY STROJE. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze

Soustavy lineárních rovnic

Výroková a predikátová logika - XIII

NP-ÚPLNÉ PROBLÉMY. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze

Základy logiky a teorie množin

Principy indukce a rekursivní algoritmy

Booleovská algebra. Booleovské binární a unární funkce. Základní zákony.

PROHLEDÁVÁNÍ GRAFŮ. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze

Logika. 5. Rezoluční princip. RNDr. Luděk Cienciala, Ph. D.

Lineární algebra : Lineární zobrazení

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

Výroková a predikátová logika - IX

Výroková a predikátová logika - VII

I. Úvodní pojmy. Obsah

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

Transkript:

doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky FIT České vysoké učení technické v Praze c Josef Kolar, 2011 Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 3 Evropský sociální fond. Praha& EU: Investujeme do vaší budoucnosti doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 1/ 35

Matematická indukce Matematická indukce- velmi užitečný způsob dokazování vlastností založených na celých(přirozených) číslech. Příklad 1 Dokážeme,žesoučetčíselod1do n(pro n 1)jeroven n(n+1) 2 1 Tvrzeníplatípro n=1,neboť 1.(1+1) 2 = 1.2 2 =1 2 Přepokládáme,žetvrzeníplatíprolibovolné n 1,adokážeme,že potomplatíipro n+1: 1+...+n+(n+1)=(1+...+n)+(n+1)=...= (n+1)(n+2) 2 doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 2/ 35

Slabá indukce Definice 2 Slabý princip matematické indukce Nechť n 0 Zabudiž V(n)vlastnostcelýchčísel,kterámásmyslpro n n 0.Předpokládejme,ženásledujícípředpokladyjsousplněny: 1 (Základníkrok) V(n 0 )platí. 2 (Indukčníkrok)Prokaždé n Z,n n 0 jepravdivánásledující implikace: jestližeplatí V(n),pakplatíiV(n+1). Potom V(n)platíprovšechna n Z,n n 0. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 3/ 35

Dláždíme šachovnici Příklad 3 Mějmečtvercovoušachovnicis2 n 2 n poli,znichžjednojeoznačeno. Tvrdíme, že všechna zbývající pole lze vydláždit dlaždicemi složenými ze tří čtverečků ve tvaru L tak, aby se nepřekrývaly. Dokazujeme tvrzení V(n): Popsanépokrytíjemožnépročtverecostraně2 n bezjednohopole. 1 Pro n=1mámečtverecostraně2 1 =2sjednímoznačenýmpolemzbytek tvoří přesně jednu dlaždici ve tvaru L. 2 Mějme n 1apředpokládejme,žeumímevydlážditčtverecostraně 2 n bezjednohopole.jakvydlážditčtverecostraně2 (n+1) bez jednoho pole? doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 4/ 35

Ještědláždíme... OBRAZEK Příklad 4 Kolik dlaždic bude třeba? Pro n=1je c 1 =1,jinak c n+1 =4 c n +1 Řešeníje(kupodivu!?) c n = 4n 1 3. Poznámka: Bylo dokázáno, že vydláždit jdou i čtvercová pole obecné velikosti n n,pokudje n 2 1dělitelnétřemisvýjimkouněkterých situacínačtverci5 5. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 5/ 35

Úskalí indukce POZOR- při použití matematické indukce nedokazujeme samotné V(n), alejen V(n 0 )apotomimplikaci V(n) V(n+1)-potřebnéjsouobě části! Příklad 5 Uvažujme vlastnost V(n): n je iracionální číslo. Dokážemeplatnostimplikace V(n) V(n+1). Sporem:kdyby n+1nebyloiracionální,šlobypsát n+1= p q,neboli n= p p q q 1= q,takžebymuselobýtinracionální. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 6/ 35

Úskalí indukce Příklad 6 Dokážeme(?)indukcí,ževkaždémexistujícímročníkunaFITsn( 1) studenty jsou buď jen samé dívky, nebo jen samí chlapci. 1 V(1)platí,neboťvročníkusjednímstudentem(-kou)jetopravda. 2 Předpokládáme, že shoda pohlaví platí v libovolném ročníku s n( 1)studenty(-kami)auvažujemeročník Rsn+1lidmi. Zvolmelibovolnéhostudenta a R,pakzbytek A=R {a}májen n studentů, takže jsou všichni stejného pohlaví. Má student a stejné pohlaví jako zbytek? Zvolmejinéhostudenta baoznačme B= R {b}.také Bmájen n studentů, takže jsou všichni stejného pohlaví. Nyní zvolíme c R,c a,b:pak cjestejnéhopohlavíjakovšichnivaijako všichnivb-ale R=A B,tedyvšichnivRjsoustejnéhopohlaví. Kde je chyba? doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 7/ 35

Indukce ve více dimenzích Indukcí lze dokazovat také vlastnosti závislé na několika celočíselných argumentech. Příklad 7 Uvažujme nekonečnou šachovnici odpovídající prvnímu kvadrantu, každé políčkojeidentifikovánodvojicíindexů(i,j),i,j 1(vizobrázek),rohové políčkoje(1,1). Tvrdíme,žepohybemkoněsemůžemezrohovéhopolíčka(1,1)dostatna libovolné místo(i, j) této šachovnice. OBRAZEK doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 8/ 35

Indukce v první dimenzi Příklad 8 Postup rozložíme- nejprve jdeme vodorovně vpravo do místa(i, 1), pak svislevzhůrudomísta(i,j). V(i)-zmísta(1,1)selzedostatdomísta(i,1)prolibovolné i 1. 1 i=1-domísta(1,1)sedostaneme,neboťtamužjsme. 2 Předpokládáme,žeselzedostatdomísta(i,1)apotřebujemese dostatdo(i+1,1).ktomustačíposloupnosttřítahů (i,1) (i+1,3) (i+3,2) (i+1,1). doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 9/ 35

Indukce ve druhé dimenzi Příklad 9 Nynídruhýsměr V i (j)-zmísta(i,1)selzedostatdomísta(i,j)(ije pevný parametr). 1 V i (1)-domísta(i,1)selzedostat,neboťtamužjsme. 2 Předpokládáme,žeselzedostatdomísta(i,j)apotřebujemese dostatdo(i,j+1).ktomustačíposloupnosttřítahů (i,j) (i+2,j+1) (i+1,j+3) (i,j+1). Jak by to vypadalo na konečné šachovnici? Potřebujeme místo, s malou úpravou nám stačí šachovnice 4 4, případy2 2a3 3zkusímeřešitextra(snegativnímvýsledkem). Jiná možnost důkazu: Mapování šachovnice(n N) do jedné dimenze(n)podiagonálách i+j= n. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 10/ 35

Silná indukce- motivace Někdy potřebujeme předpokládat nejen platnost V(n), ale platnost všech tvrzení V(n 0 ),V(n 0 +1),...,V(n). Příklad 10 Pro n 0chcemedokázattvrzení: V(n)-připrůchodubinárnímstromemhloubky nvlibovolnémzpořadí preorder, inorder a postorder se všechny listy stromu procházejí ve stejném relativním pořadí. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 11/ 35

Silná indukce- motivace Příklad 11 Postup: 1 Pro n=0sejednáostromtvořenýpouzekořenem,kterýjesoučasně jeho jediným listem, takže tvrzení platí. 2 Předpokládejme platnost pro binární stromy hloubky n a mějme libovolnýbinárnístrom Thloubky(n+1). Označme T L,resp. T R levý,resp.pravýpodstromkořenestromu T. Nechť T L máhloubku h L a T R hloubku h R,pakjejistě h L na h R n,přitomvaspoňjednompřípaděmusíplatitrovnost,současně ale může pro druhou z hloubek platit ostrá nerovnost. projedenzpodstromůnelzevyužítplatnosti V(n),adůkaztak nemůžeme dokončit. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 12/ 35

Silná indukce Definice 12 Silný princip matematické indukce(úplná indukce) Nechť n 0 Z,nechť V(n)jevlastnostcelýchčísel,kterámásmyslpro n n 0.Předpokládejme,ženásledujícípředpokladyjsousplněny: 1 V(n 0 )platí. 2 Prokaždé n Z,n n 0 jepravdivánásledujícíimplikace: jestližeplatí V(k)provšechna k= n 0,n 0 +1,...,n,pakplatíi V(n+1). Potom V(n)platíprovšechna n Z,n n 0. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 13/ 35

Dokončení příkladu Příklad 13 Nyní můžeme dokončit důkaz tvrzení z příkladu o stromech: S použitím silného principu indukce lze indukčního předpokladu využít prolevýipravýpodstrom,protožeplatípro k=0,1,2,...,n. V obou podstromech se tedy listy procházejí při všech třech typech průchodů ve stejném relativním pořadí, navíc každý z uvažovaných průchodů zpracuje nejprve levý a pak teprve pravý podstrom, liší se pouze pořadím zpracování kořene. Listy celého stromu T se tedy projdou ve všech případech ve stejném relativním pořadí. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 14/ 35

Matematická indukce- pokračuje Věta 14 Slabý a silný princip matematické indukce jsou ekvivalentní. Označme pro snazší odvolávky(w- weak/slabý, S- strong/silný): (W0)-V(n 0 )platí. (W1)-Provšechna n n 0 :jestližeplatí V(n),pakplatíiV(n+1). (S0)-V(n 0 )platí. (S1)-Provšechna n n 0 :jestližeplatí V(n 0 ),V(n 0 +1),..., V(n),pakplatíiV(n+1). doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 15/ 35

Důkaz ekvivalence silné a slabé indukce Důkaz: 1 W S:Vlastnost V jsmedokázalipoužitímslabéhoprincipu. Ukážeme, že pak lze dokázat i použitím silného principu. Splňuje(S0)?Ano,jetostejnéjako(W0). Splňuje(S1)?Nechťplatí V(n0 ),V(n 0 +1),...,V(n),tedyspecielně platí V(n)anavícbylosplněno(W1).TímpádemplatíiV(n+1). Vlastnost V tedysplňujeipodmínky(s0)a(s1),takžejejejí platnostprovšechna n n 0 dokazatelnásilnýmprincipem. 2 S W:Vlastnost V jsmedokázalipoužitímsilnéhoprincipu. Ukážeme, že pak lze dokázat i použitím slabého principu. Splňuje(W0)?Ano,jetostejnéjako(S0). Splňuje(W1)?Asine,protožekdůkazuplatnosti V(n)jsme potřebovalipředpokládatplatnost V(n 0 ),V(n 0 +1),...,V(n). Co teď? doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 16/ 35

Důkaz pokračuje Pokračování důkazu: S W: Zavedemenovouvlastnost U(n)takto: U(n)platí,jestližeplatí V(k) pro k= n 0,...,n.Nynídokážeme Upomocíslabéindukce: (W0) U(n0 )znamenátotéžjako V(n 0 ),cožplatípodle(s0). (W1)Nechťpro n n0 platí U(n),cožznamená,žeplatí V(n 0 ),...,V(n). Podlepředpokladualemůžemedokázat(S1),takžeplatí V(n+1). Dohromadytedyplatí V(n 0 ),...,V(n)anavíciV(n+1),což znamenáplatnost U(n+1). Tímjedokázáno(W1)pro U. Podleslabéhoprinciputedyplatí U(n)provšechna n n 0,cožpodle definice Uznamená,žetaké V(n)platíprovšechna n n 0. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 17/ 35

Alternativa silného principu Definice 15 Alternativní silný princip matematické indukce Nechť n 0 Z,nechť V(n)jevlastnostcelýchčísel,kterámásmyslpro n n 0.Nechť m N. Předpokládejme, že následující předpoklady jsou splněny: 1 V(n 0 ),V(n 0 +1),V(n 0 +2),...,V(n 0 +m)platí. 2 Prokaždé n Z,n n 0 +mjepravdivánásledujícíimplikace:jestliže platí V(k)provšechna k= n 0,n 0 +1,...,n,pakplatíiV(n+1). Potom V(n)platíprovšechna n Z,n n 0. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 18/ 35

Silný princip- příklad Příklad 16 Dokážeme,žepomocímincíshodnotami3a5korunylzepřesněvyplatit libovolnou částku ve výši alespoň 8 korun. Takžepro n 8dokážeme V(n):Jemožnévyplatit nkoruntříkorunami a pětikorunami. 1 Snadnoověříme,žeplatí V(8),V(9)aV(10). 2 Nechť n 10,předpokládejme,žeplatí V(8),V(9),...,V(n). Potřebujemeukázat,žeplatíiV(n+1). Jestliže n 10,pak n 2 8,protopodleindukčníhopředpokladu dokážeme vyplatit n 2. Pak stačí přidat tříkorunu a vyplatili jsme n+1korun,přesnějakjsmepotřebovali. Z provedených dvou kroků vyplývá pravdivost V(n) pro všechna cela čísla n 8. Poznámka: Vystačili bychom i s obyčejnou slabou indukcí. Jak? doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 19/ 35

Rekurze a strukturální indukce Namísto důkazů lze postupu podobného jako indukce použít k definici funkcí(nebo zobrazení) množin dalších zajímavých objektů Příklad 17 funkce faktoriál: n! a Fibonacciho posloupnost(klasika rekurze!) n-támocnina f n zobrazení f n-násobnýkartézskýsoučin A 1 A 2 A n formule výrokové logiky, termy a formule predikátové logiky řetězy(slova) nad abecedou Σ binárnístromy(např.shodnotamizeσvuzlech) atd. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 20/ 35

Induktivní definice množin Induktivní definice množin Při definici nějaké množiny M uvažujme následující dva druhy specifikaci: 1 Základní pravidla explicitně definuji, které prvky jsou v množině M. 2 Induktivní pravidla určují, jak lze pomoci prvků, které již v množině jsou(tzv. předpoklady pravidla), vytvářet další prvky z M(tzv. závěr pravidla). Množina Msepakskládázevšechprvků,kterélzeobdržetkonečným počtem použiti pravidel(1) a(2)(tedy prvky, které lze takto získat, leží v M,aty,kterétaktozískatnelze,pakvMneleží). Už víme, jak blízko je od induktivní definice k odpovídajícímu rekurzivnímu algoritmu! doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 21/ 35

Induktivní definice množin Na induktivně definované množině lze induktivně definovat rozličná zobrazení(operace): definicemnožinyslov(řetězů)σ nadabecedouσ prázdnéslovo(značíme λ)patřídoσ je-li w Σ a a Σ,paktaké wapatřídoσ Σ obsahujepouzeobjektyvytvořenépodleuvedenýchdvoupravidel operacenadmnožinouslovσ délkaslova d(w): d(λ)=0,d(wa)=d(w)+1 reverzace w R slova w: λ R = λ,(wa) R = aw R doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 22/ 35

Induktivní definice množin Podobně můžeme postupovat např. v definici b-stromů: prázdný strom(tj. prázdná množina uzlů) je b-stromem jsou-li T L a T R b-stromyar U,potomuspořádanátrojice (T L,r,T R )jerovněžb-stromem, r nazýváme jeho kořenem a T L,resp. T R jeholevým,resp.pravýmpodstromem za b-strom považujeme pouze objekt vzniklý použitím uvedených dvou pravidel Mějmezobrazení c:u Σ,kterékaždémuuzlupřiřazujejedenznak nějaké abecedy. Jak určíme slovo vzniklé inorder průchodem nějakým stromem? inorder(emptyt ree) = λ inorder((t L,r,T R ))=inorder(t L ) c(r) inorder(t R ), kde c(r)jeznakpřiřazenýkořenustromu Tasymbol jeexplicitní vyjádření operace řetězení slov. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 23/ 35

Induktivní definice množin Nyní definici b-stromů trochu změníme: libovolnýprvek r Ujeb-stromem jsou-li T L a T R b-stromyar U,potomuspořádanátrojice (T L,r,T R )jerovněžb-stromem za b-strom považujeme pouze objekt vzniklý použitím uvedených dvou pravidel Včemselišíb-stromypodleprvníadruhédefinice? Jak bychom změnili definici funkce inorder pro b-stromy podle druhé definice? Prefixová lineární reprezentace LR(T) b-stromu T podle druhé definice: LR(T)=c(r)pro T= r U LR(T)=( c(r) LR(T L ) LR(T R ) )pro T=(T L,r,T R ) doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 24/ 35

Strukturální indukce Definice 18 Princip strukturální indukce Uvažujme množinu M definovanou induktivně pomoci nějakých základních pravidel(p0) a induktivních pravidel(p1). Uvažujme vlastnost V(m), kterámásmyslprovšechnyprvky m M. Předpokládejme, že jsou splněny následující podmínky: 1 V jesplněnaprovšechnyprvky,kteréjsoudo Mdodányzákladními pravidly. 2 Prokaždéinduktivnípravidloplatí:Jestližeje V splněnaproprvkyz jehopředpokladů,pakjesplněnaiproprvekzjehozávěru. Pakjevlastnost V splněnaprovšechnyprvky m M. Platnost principu strukturální indukce je ekvivalentní platnosti principu matematické indukce. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 25/ 35

Strukturální indukce- příklad použití Věta 19 1 Lineární reprezentace libovolného b-stromu obsahuje stejný počet otvíracích a zavíracích závorek. 2 Každý vlastní prefix lineární reprezentace b-stromu má kladný rozdíl počtu otvíracích minus zavíracích závorek. Důkaz: 1 Reprezentacíb-stromu T= rtvořenéhojednímuzlemje c(r)amá stejný počet otvíracích i zavíracích závorek(žádnou). Reprezentaceb-stromu T=(TL,r,T R )mátvar(c(r)lr(t L )LR(T R )) (operátor zřetězení nepíšeme). Předpokládáme-li, že pro reprezentace b-stromů T L a T R tvrzeníplatí,paknutněplatíiproreprezentaci T. 2 Reprezentaceb-stromu T= rtvořenéhojednímuzlemjejednoznaková, nemátedyžádnývlastníprefixatvrzeníproniplatí. Reprezentaceb-stromu T=(TL,r,T R )mátvar(c(r)lr(t L )LR(T R )) a pro každý případ vlastního prefixu můžeme požadovanou vlastnost potvrdit s využitím indukčního předpokladu a vlastnosti 1. doc. Josef Kolář (FIT ČVUT) Matematická indukce ZDM, ZS 2011/12, Lekce 3 26/ 35