¿Es posible resolver todos los problemas en combinatoria usando solo funciones generadoras?

No, no realmente, generar funciones es definitivamente un subconjunto importante de la combinatoria, pero sería un error decir que todos los problemas se pueden resolver con él. Se pueden resolver varios problemas al contar con funciones generadoras, aunque puede haber una manera más fácil de hacerlo. Por ejemplo, en lugar de restar a de b como b – a, podríamos agregar el negativo de a a b como b + (-a). Esto está utilizando el mismo operador pero para cumplir un objetivo diferente.

De la misma manera, definitivamente hay ciertos problemas que pueden no parecer intuitivamente generar problemas de función, pero podrían resolverse utilizando el mismo. Sin embargo, las preguntas de la teoría de grafos, en las que debe encontrar el isomorfismo entre dos gráficos, se basan en cómo encuentra el isomorfismo y en la coincidencia de vértices de grados iguales entre sí. Simplemente no se puede hacer usando una función generadora.

Entonces, si bien es posible resolver una gran cantidad de problemas usando funciones generadoras, sería casi imposible resolver todo en combinatoria (que es más grande de lo que piensas), solo usando funciones generadoras.

Buena suerte

No creo que haya habido una prueba algebraica del teorema de los 4 colores. Teorema de cuatro colores – Wikipedia

Las técnicas de enumeración algebraica (funciones generadoras) son muy efectivas para todo tipo de objetos combinatorios que pueden descomponerse de manera sistemática o recursiva. Puede funcionar para ciertas familias de gráficos relativamente simples, estructurados o restringidos, pero los gráficos generales no se pueden expresar de una manera tan sistemática. De hecho, se sabe que los gráficos no son especificables.

El crecimiento del número de gráficos de tamaño n a medida que aumenta n es tal que su función de generación exponencial tiene un radio de convergencia 0, y las clases construibles necesariamente tienen un radio de convergencia distinto de cero.

Supongo que quiere decir algo como: “Dado un problema combinatorio que se sabe que es solucionable, ¿hay una solución que pueda expresarse en términos de generación de funciones?”

Por supuesto, todavía tenemos que definir qué es un “problema combinatorio” o qué cuenta como una solución. Sin embargo, hay un sentido preciso en el que la respuesta a esta pregunta es sí.

El marco necesario lo proporciona la teoría de Joyal de las especies combinatorias https://en.m.wikipedia.org/wiki/… . Las especies proporcionan una forma general de tratar con estructuras en conjuntos finitos. Cada especie tiene una serie generadora exponencial y hay operaciones algebraicas en especies que corresponden a operaciones en series de potencia formales. Estas operaciones le permiten a uno “deconstruir” una especie en términos de especies más simples y leer todo tipo de propiedades interesantes.

Entonces, dada cualquier estructura combinatoria, podemos traducir al lenguaje de las especies y leer sus propiedades de sus series generadoras. Por cierto, su segunda pregunta también tiene una buena respuesta en esta imagen. Al factorizar la acción grupal simétrica en una especie, se obtiene una versión sin etiquetar de la estructura y una serie generadora ordinaria. En otras palabras, las series generadoras ordinarias se usan para estudiar estructuras no etiquetadas, mientras que las funciones generadoras exponenciales se usan para estudiar estructuras etiquetadas.

Naturalmente, no sería prudente usar esta herramienta (o cualquier otra herramienta) para cada problema, pero seguramente vale la pena aprender esta teoría solo por su pura elegancia y potencial unificador.

No. Intenta probar el teorema de Szemerédi con funciones generadoras.