$burnside$引理与$p\acute olya$定理

\(burnside\)引理

\[N(G,C)=\frac{1}{|G|}\sum_{f\in G}|C(f)| \]

对于一个置换\(f\),如果一个染色方案\(s\)经过置换\(f\)之后不变,则称\(s\)\(f\)的不动点
如果置换\(f\)的不动点数目为\(C(f)\),则等价类的数目为所有\(C(f)\)的平均值

\(p\acute olya\)定理

\[|C(f)|=m^{k(f)} \]

\(p\acute olya\)定理提供了计算每个置换的不动点数目的方法
每个置换都可以分解成若干个循环,具体方法是将每个元素向置换中对应的元素连一条有向边,直到回到自身,这样形成一个循环。对于剩余元素进行同样的操作,最后可以形成若干个循环。
设置换\(f\)\(k(f)\)个循环,则如果状态\(s\)是置换\(f\)的不动点,则置换\(f\)的每个循环中的元素颜色需要一致,任意两个循环之间颜色选择无影响。所以如果可选颜色一共有\(m\)种,则置换\(f\)的不动点数目为\(m^{k(f)}\)

综合\(burnside\)引理和\(p\acute olya\)定理,得到等价类的数目(本质不同的方案数)为:

\[N(G,C)=\frac{1}{|G|}\sum_{f\in G}m^{k(f)} \]

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