凯莱图

✍ dations ◷ 2025-07-11 16:17:14 #群论,置换群,图

凯莱图(Cayley graph)也叫做凯莱着色图是编码离散群的图。它的定义是凯莱定理(以阿瑟·凯莱命名)所暗含的,并使用这个群的特定的通常有限的生成元集合。它是组合群论与几何群论的中心工具。

假设 G {\displaystyle G} 是群,而 S {\displaystyle S} 是G的生成集。凯莱图 Γ = Γ ( G , S ) {\displaystyle \Gamma =\Gamma (G,S)} ,是如下构造的着色的有向图。

在几何群论中,集合 S {\displaystyle S} ,通常被假定为有限的、“对称的”也就是 S = S 1 {\displaystyle S=S^{-1}} ,并且不包含这个群的单位元。在这种情况下,凯莱图是正常的图:它的边没有方向并且不包含环路。

G {\displaystyle G} 通过左乘作用在自身上(参见凯莱定理)。这个作用可以看作 G {\displaystyle G} 作用在它的凯莱图上。明显的,一个元素 h G {\displaystyle h\in G} 映射一个顶点 g V ( Γ ) {\displaystyle g\in V(\Gamma )} 到顶点 h g V ( Γ ) {\displaystyle hg\in V(\Gamma )} 。凯莱图的边集合被这个作用所保存:边 ( g , g s ) {\displaystyle (g,gs)} 变换成边 ( h g , h g s ) {\displaystyle (hg,hgs)} 。任何群在自身上的左乘作用是简单传递的,特别是凯莱图是顶点传递的。这导致了凯莱图的下列特征:

要从一个凯莱图 Γ = Γ ( G , S ) {\displaystyle \Gamma =\Gamma (G,S)} 恢复群 G {\displaystyle G} 和生成集 S {\displaystyle S} ,选择一个顶点 v 1 V ( Γ ) {\displaystyle v_{1}\in V(\Gamma )} 并标记上这个群的单位元。接着对每个 Γ {\displaystyle \Gamma } 的顶点 v {\displaystyle v} 标记上变换 v 1 {\displaystyle v_{1}} v {\displaystyle v} G {\displaystyle G} 的唯一元素。产生 Γ {\displaystyle \Gamma } 为凯莱图的 G {\displaystyle G} 的生成元的集合 S {\displaystyle S} 是毗连到选择的顶点的顶点的标记的集合。生成集合是有限(这是凯莱图的共同假定)当且仅当这个图是局部有限的(就是说每个顶点毗连与有限多个边)。

如果转而把顶点作为固定子群 H {\displaystyle H} 的右陪集,就得到了一个有关的构造Schreier陪集图,它是陪集枚举或Todd-Coxeter算法的基础。

研究图的邻接矩阵特别是应用谱图理论的定理能洞察群的结构。

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