Kwadrat grecko-łaciński

Ten artykuł od 2015-09 wymaga zweryfikowania podanych informacji. Należy podać wiarygodne źródła, najlepiej w formie przypisów bibliograficznych. Część lub nawet wszystkie informacje w artykule mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

Kwadrat grecko-łaciński lub kwadrat Eulera rzędu ${\displaystyle n}$ nad dwoma ${\displaystyle n}$-elementowymi zbiorami ${\displaystyle S}$ i ${\displaystyle T}$ – kwadratowa tablica o ${\displaystyle n}$ wierszach i ${\displaystyle n}$ kolumnach, zawierająca pary ${\displaystyle (s,t),}$ gdzie ${\displaystyle s\in S}$ i ${\displaystyle t\in T,}$ taka że:

1. każdy wiersz i każda kolumna zawiera dokładnie jeden raz każdy element z ${\displaystyle S}$ i dokładnie jeden raz każdy element z ${\displaystyle T}$ oraz
2. żadne dwie komórki nie zawierają tej samej pary ${\displaystyle (s,t)}$

Autorem koncepcji jest Leonhard Euler, który używał zbiorów:

• ${\displaystyle S=\{A,B,C,\dots \},}$ pierwsze ${\displaystyle n}$ dużych liter z alfabetu łacińskiego,

i

• ${\displaystyle T=\{\alpha ,\beta ,\gamma ,\dots \},}$ pierwsze ${\displaystyle n}$ małych liter z alfabetu greckiego

Stąd nazwa kwadrat grecko-łaciński. Przykłady poniżej:

Rzędu 3	Rzędu 4	Rzędu 5

Układ samych łacińskich znaków, a także układ samych greckich znaków w kwadracie grecko-łacińskim tworzą kwadrat łaciński. Kwadrat grecko-łaciński może zostać rozłożony na dwa ortogonalne kwadraty łacińskie. Ortogonalność oznacza tu, że każda para ${\displaystyle (s,t)}$ z iloczynu kartezjańskiego ${\displaystyle S\times T}$ wystąpi dokładnie raz.

Planowanie eksperymentów

Kwadraty grecko-łacińskie mają zastosowanie w planowaniu eksperymentów naukowych. Załóżmy, że mamy maksymalnie 4 nominalne zmienne, którymi możemy wpływać na wynik eksperymentu i każda z nich może przyjmować ${\displaystyle n}$ wartości. Na przykład w badaniach medycznych zmiennymi mogą być:

• podawany lek (jeden z trzech),
• stopień nasilenia choroby (niski, średni lub wysoki),
• wiek badanego (podzielony na trzy kategorie),
• szpital, w którym przeprowadzane jest badanie (jeden z trzech).

Teraz wystarczy ułożyć kwadrat grecko-łaciński rzędu ${\displaystyle n}$ (tutaj: 3), aby otrzymać plan ${\displaystyle n^{2}}$ eksperymentów. Każde pole kwadratu odpowiada jednemu z eksperymentów, kolumny to możliwe wartości pierwszej zmiennej, wiersze – drugiej zmiennej, litery łacińskie odpowiadają trzeciej zmiennej, a greckie czwartej.

Jeśli efekty wywołane przez każdą ze zmiennych są addytywne (to znaczy dodają się do ogólnego wyniku), to plan taki daje nieobciążone estymatory wpływu każdej możliwej wartości każdej z tych zmiennych na zmienną objaśnianą, choć możliwych kombinacji ich wartości jest o wiele więcej: ${\displaystyle n^{4}.}$ Znacząco obniża to koszt badania. Aby obliczyć wpływ danej wartości danej zmiennej, wystarczy uśrednić wyniki odpowiadających jej eksperymentów.

Kwadraty grecko-łacińskie mogą też być użyte do konstrukcji kwadratów magicznych.

Historia

W latach 80. XVIII wieku Euler pokazał metodę konstrukcji kwadratu grecko-łacińskiego, dla ${\displaystyle n}$ nieparzystego oraz dla wielokrotności 4. Zauważywszy, że nie istnieje kwadrat rzędu 2 i nie potrafiąc skonstruować kwadratu rzędu 6 (tzw. problem 36 oficerów) postawił hipotezę, że nie istnieją kwadraty grecko-łacińskie rzędu ${\displaystyle n=4k+2,}$ gdzie ${\displaystyle k=0,1,2,\dots }$ Faktycznie nieistnienie kwadratu rzędu 6 zostało udowodnione w 1901 przez Gastona Tarry’ego przez siłowe sprawdzenie wszystkich możliwych układów. Hipoteza Eulera nadal nie była jednak ani udowodniona, ani obalona. W 1959 R.C. Bose i Shrikhande znaleźli pewne kontrprzykłady; później Parker znalazł kontrprzykład rzędu 10. W 1960 Parker, Bose i Shrikhande pokazali, że hipoteza Eulera jest fałszywa dla wszystkich ${\displaystyle n\geqslant 10.}$ Ostatecznie okazało się, że istnieją kwadraty grecko-łacińskie każdego rzędu ${\displaystyle n\geqslant 3}$ z wyjątkiem 6.

Zobacz też

• kwadrat łaciński
• kwadrat magiczny
• sudoku

Linki zewnętrzne

• Narzędzie Javy asystujące w konstrukcji kwadratów grecko-łacińskich (samo ich nie tworzy) (ang.) z cut-the-knot
• Anything but square: from magic squares to Sudoku (ang.)