Gray codes and efficient exhaustive generation for several classes of restricted words

par Ahmad Sabri

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Vincent Vajnovszki.

Le président du jury était Olivier Togni.

Le jury était composé de Jean-Luc Baril, Enrica Duchi.

Les rapporteurs étaient Vlady Ravelomanana, Jean-Marc Fédou.

  • Titre traduit

    Codes de gray et génération exhaustive pour certaines classes de mots sous contrainte


  • Résumé

    Nous introduisons des codes de Gray et des algorithmes efficaces de génération exhaustivepour trois classes de mots: (1) suites à croissance restreinte, (2) mots évitant un facteurspécifié, (3) permutations à motif exclus. Pour les deux premières classes, nos codes de Gray (et les algorithmes de génération qui en découlent) sont basés sur des relations d'ordre obtenues par la spécialisation de l'ordre du code de Gray réfléchi. Pour la troisième classe, les codes de Gray et les algorithmes de génération correspondants sont basés sur l'ordre induit par l'algorithme de Steinhaus-Johnson-Trotter pour la génération des permutations.Concernant les suites à croissance restreinte, nous définissons un code de Gray et donnonsun algorithme de génération exhaustive pour ce code. En particulier, nous considéronsles suites sous-excédantes et ascendantes, les fonctions à croissance restreinte et les mots `escalier'.Les relations d'ordre considérées sont RGC et Co-RGC, qui sont des relations partitionnantles listes selon, respectivement, le préfixe et le suffixe. De plus, nous explorons la possibilité pour l'obtention des codes de Gray pour les suites ascendantes restreintes.Pour les mots de q-aires à facteur interdit nous donnons deux codes de Gray et les algorithmes degénération correspondants. Les relations d'ordre considérées sont RGC, pour q pair, et Dual RGC pour q impair. Parmi les notions utilisées, citons la périodicité zéro et un algorithme classique derecherche de motif du à Knuth, Morris et Pratt. Comme application, nous considéronsles ensembles `cross-bifix-free'.Finalement, des résultats similaires sont obtenus pour certaines classes de permutations à motifinterdit. Plus précisément, nous montrons que la restriction ducode de Gray de Steinhaus-Johnson-Trotter aux ensembles de permutations évitant certains motifsreste un code de Gray (moins restrictif). Parmi les techniques utilisées, nous mentionnonsla fonction de succession et une bijection classique entre permutations et tableaux d'inversions,et donnons quelques conséquences en théorie des graphes.


  • Résumé

    We consider Gray codes and efficient exhaustive generating algorithms for the sets belonging to three major classes of restricted words, that are: (1) restricted growth sequences, (2) factor avoiding q-ary words, and (3) pattern avoiding permutations. For the first two classes, our Gray codes (and thus, our generating algorithms) are based on order relations obtained by specializing known order relations; namely Reflected Gray Code (RGC) order and its variations, and we call them Reflected Gray Code based orders. The Gray code and the generating algorithm for the third class are based on Steinhaus-Johnson-Trotter order, that is, order relation induced by Steinhaus-Johnson-Trotter Gray code for permutations. In the first results, we define Gray codes and give efficient generating algorithms for the class of restricted growth sequences that satisfy our prescribed properties. In particular, we focus on four mainstream subclasses: subexcedant and ascent sequences, restricted growth functions and staircase words. The results are given in two parts: by using original RGC order and Co-RGC order, which generates prefix (and suffix, respectively) partitioned Gray codes; and we give comparison between the two results. In addition, we investigate the Graycodeness of the restricted ascent sequences.In the second results, we define Gray codes and give an efficient generating algorithm for the class of factor avoiding q-ary words. Among the involved tools, we make use of original RGC order for even q and Dual RGC order for odd q, the zero periodicity property, and word matching techniques adapted from that of Knuth-Morris-Pratt. We give the implementation of these results to define Gray code and generating algorithm for cross-bifix-free sets.In the third results, we define Gray codes and give efficient generating algorithms for the class of pattern avoiding permutations. In particular, we show that the Steinhaus-Johnson-Trotter Gray code for permutations, when restricted by avoiding some set of patterns, still remains a (possibly less restricted) Gray code. The main ingredients we are using in the investigation of the Graycodeness are: succession functions, the classical bijection from inversion tables to permutations, and the list of inversion tables with respect to RGC order. We give additional results on graph theoretic consequences.


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