In this work we present a general and versatile algorithmic framework for exhaustively generating a large variety of different combinatorial objects, based on encoding them as permutations. This approach provides a unified view on many known results and allows us to prove many new ones. In particular, we obtain four classical Gray codes for permutations, bitstrings, binary trees and set partitions as special cases. We present two distinct applications for our new framework: The first main application is the generation of pattern-avoiding permutations, yielding new Gray codes for different families of permutations that are characterized by the avoidance of certain classical patterns, (bi)vincular patterns, barred patterns, boxed patterns, Bruhat-restricted patterns, mesh patterns, monotone and geometric grid classes, and many others. We also obtain new Gray codes for all the combinatorial objects that are in bijection to these permutations, in particular for five different types of geometric rectangulations, also known as floorplans, which are divisions of a square into $n$ rectangles subject to certain restrictions. The second main application of our framework are lattice congruences of the weak order on the symmetric group $S_n$. Recently, Pilaud and Santos realized all those lattice congruences as $(n-1)$-dimensional polytopes, called quotientopes, which generalize hypercubes, associahedra, permutahedra etc. Our algorithm generates the equivalence classes of each of those lattice congruences, by producing a Hamilton path on the skeleton of the corresponding quotientope, yielding a constructive proof that each of these highly symmetric graphs is Hamiltonian. We thus also obtain a provable notion of optimality for the Gray codes obtained from our framework: They translate into walks along the edges of a polytope.


翻译:在这项工作中,我们提出了一个通用和多功能的算法框架,以便根据将不同组合对象编码为不同的组合对象进行详尽的生成,其特征是避免某些古典模式(双向模式、封闭模式、框式模式、布鲁哈限制模式、网状模式、单调和几何格等等新结果。特别是,我们为我们的新框架提出了两种不同的应用程序:第一个主要应用程序是生成模式式的避免式排列,为不同组合的不同组合生成新的微调代码。这个方法提供了对许多已知结果的统一观点,并让我们能够证明许多新的结果。特别是,我们获得了四个古典、比特、双线、双线树形和分区的古老的灰色代码。我们还获得了四个与这些图案相似的组合的新的灰色代码,特别是五种不同的对等式对流的对流调,也被称为底线图,这是我们以美元为正弦化的正弦化的方格结构,每个正态的平面的平面结构将产生一定的限制。

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