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Tableaux combinatorics for two-species PASEP probabilities
Authors: Mandelshtam Olya 
Published: August 2021

The goal of this paper is to provide a combinatorial expression for the steady state probabilities of the twospecies PASEP. In this model, there are two species of particles, one “heavy” and one “light”, on a one-dimensional finite lattice with open boundaries. Both particles can hop into adjacent holes to the right and left at rates 1 and $q$. Moreover, when the heavy and light particles are adjacent to each other, they can switch places as if the light particle were a hole. Additionally, the heavy particle can hop in and out at the boundary of the lattice. Our first result is a combinatorial interpretation for the stationary distribution at $q=0$ in terms of certain multi-Catalan tableaux. We provide an explicit determinantal formula for the steady state probabilities, as well as some general enumerative results for this case. We also describe a Markov process on these tableaux that projects to the two-species PASEP, and hence directly explains the connection between the two. Finally, we extend our formula for the stationary distribution to the $q=1$ case, using certain two-species alternative tableaux.
Le but de ce document est de fournir une expression combinatoire décrivant les probabilités de l’état d’équilibre de PASEP à deux espèces. Dans ce modèle, il existe deux espèces de particules, une “lourde” et une “légère”, disposées sur un réseau fini unidimensionnel. Les deux particules peuvent sauter dans les trous adjacents à droite et à gauche, avec des probabilités proportionnelles à 1 et $q$. Par ailleurs, lorsque les particules lourdes et légères sont à côté l’une de l’autre, elles peuvent changer de place, comme si la particule légère était un trou. En outre, la particule lourde peut sauter dans et hors de la frontière du réseau. Notre premier résultat est une interprétation combinatoire de la distribution stationnaire dans le cas $q=0$, en termes de certains tableaux “multi-Catalan”. Nous proposons une formule explicite déterminantale pour les probabilités stationnaires, ainsi que plusieurs résultats énumératifs généraux pour ce cas. Nous décrivons aussi un processus de Markov sur ces tableaux, qui se projette sur le PASEP à deux espèces, et qui fournit donc directement une connexion entre les deux. Enfin, nous exprimons notre formule pour la distribution stationnaire dans le cas $q=1$, en utilisant certains tableaux alternatifs de deux espèces.
The frequency of pattern occurrence in random walks
Authors: Elizalde Sergi , Martinez Megan 
Published: August 2021

In the past decade, the use of ordinal patterns in the analysis of time series and dynamical systems has become an important tool. Ordinal patterns (otherwise known as a permutation patterns) are found in time series by taking $n$ data points at evenly-spaced time intervals and mapping them to a length-$n$ permutation determined by relative ordering. The frequency with which certain patterns occur is a useful statistic for such series. However, the behavior of the frequency of pattern occurrence is unstudied for most models. We look at the frequency of pattern occurrence in random walks in discrete time, and we define a natural equivalence relation on permutations under which equivalent patterns appear with equal frequency, regardless of probability distribution. We characterize these equivalence classes applying combinatorial methods.
Au cours de la dernière décennie, l’utilisation des motifs ordinaux dans l’analyse des séries chronologiques et systèmes dynamiques est devenu un outil important. Des motifs ordinaux (autrement appelés motifs de permutations) se trouvent dans les séries chronologiques en prenant $n$ points de données au intervalles de temps uniformément espacées et les faisant correspondre à une permutation de longueur $n$ déterminée par leur ordre relatif. La fréquence avec laquelle certains motifs apparaissent est une statistique utile pour ces séries. Toutefois, le comportement de la fréquence d’apparition de ces motifs n’a pas été étudié pour la plupart des modèles. Nous regardons la fréquence d’occurrence des motifs dans les marches aléatoires en temps discret, et nous définissons une relation d’équivalence naturelle sur des permutations dans laquelle les motifs équivalents apparaissent avec la même fréquence, quelle que soit la distribution de probabilité. Nous caractérisons ces classes d’équivalence utilisant des méthodes combinatoires
Factoring peak polynomials
Authors: Billey Sara , Fahrbach Matthew , Talmage Alan 
Published: August 2021

Given a permutation $\pi=\pi_1\pi_2\cdots \pi_n \in S_n$, we say an index $i$ is a peak if $\pi_{i-1} < \pi_i > \pi_{i+1}$. Let $P(\pi)$ denote the set of peaks of $\pi$. Given any set $S$ of positive integers, define ${P_S(n)=\{\pi\in S_n:P(\pi)=S\}}$. Billey-Burdzy-Sagan showed that for all fixed subsets of positive integers $S$ and sufficiently large $n$, $|P_S(n)|=p_S(n)2^{n-|S|-1}$ for some polynomial $p_S(x)$ depending on $S$. They conjectured that the coefficients of $p_S(x)$ expanded in a binomial coefficient basis centered at $max(S)$ are all positive. We show that this is a consequence of a stronger conjecture that bounds the modulus of the roots of $p_S(x)$. Furthermore, we give an efficient explicit formula for peak polynomials in the binomial basis centered at $0$, which we use to identify many integer roots of peak polynomials along with certain inequalities and identities.
Etant donné une permutation $\pi=\pi_1\pi_2\cdots \pi_n \in S_n$ du groupe symétrique, nous disons qu’un indice i est unsommet si $\pi_{i-1} < \pi_i > \pi_{i+1}$. Soit $P(\pi)$ l’ensemble des sommets de $\pi$. Billey-Burdzy-Sagan ont montré que,pour tout sous-ensemble d’entiers positifs S et n suffisamment grand, le nombre de permutations de $n$ éléments avecensemble de sommets $S$ est $|P_S(n)|=p_S(n)2^{n-|S|-1}$ pour un certain polynôme $p_S(x)$ dépendant de $S$.. Ils ont fait la conjectureque les coefficients du polynôme $p_S(x)$ exprimé dans une base de coefficients binomiaux centrée en $max(S)$ sont touspositifs. Nous montrons que cela découle d’une conjecture plus forte qui borne le module des racines du polynôme$p_S(x)$. De plus, nous donnons une formule explicite efficace pour les polynômes sommets dans la base binomialecentrée en $0$, que nous utilisons pour identifier plusieurs racines entières de polynômes sommets, ainsi que certainesinégalités et identités.
Alignments, crossings, cycles, inversions, and weak Bruhat order in permutation tableaux of type $B$
Authors: Cho Soojin , Park Kyoungsuk 
Published: August 2021

Alignments, crossings and inversions of signed permutations are realized in the corresponding permutation tableaux of type $B$, and the cycles of signed permutations are understood in the corresponding bare tableaux of type $B$. We find the relation between the number of alignments, crossings and other statistics of signed permutations, and also characterize the covering relation in weak Bruhat order on Coxeter system of type $B$ in terms of permutation tableaux of type $B$.
De nombreuses statistiques importantes des permutations signées sont réalisées dans les tableaux de permutations ou ”bare” tableaux de type $B$ correspondants : les alignements, croisements et inversions des permutations signées sont réalisés dans les tableaux de permutations de type $B$ correspondants, et les cycles des permutations signées sont comprises dans les ”bare” tableaux de type $B$ correspondants. Cela nous mène à relier le nombre d’alignements et de croisements avec d’autres statistiques des permutations signées, et aussi de caractériser la relation de couverture dans l’ordre de Bruhat faible sur des systèmes de Coxeter de type $B$ en termes de tableaux de permutations de type $B$.
Triangular fully packed loop configurations of excess 2
Authors: Beil Sabine 
Published: August 2021

Triangular fully packed loop configurations (TFPLs) came up in the study of fully packed loop configurations on a square (FPLs) corresponding to link patterns with a large number of nested arches. To a TFPL is assigned a triple $(u,v;w)$ of $01$-words encoding its boundary conditions. A necessary condition for the boundary $(u,v;w)$ of a TFPL is $\lvert \lambda(u) \rvert +\lvert \lambda(v) \rvert \leq \lvert \lambda(w) \rvert$, where $\lambda(u)$ denotes the Young diagram associated with the $01$-word $u$. Wieland gyration, on the other hand, was invented to show the rotational invariance of the numbers $A_\pi$ of FPLs corresponding to a given link pattern $\pi$. Later, Wieland drift was defined as the natural adaption of Wieland gyration to TFPLs. The main contribution of this article is a linear expression for the number of TFPLs with boundary $(u,v;w)$ where $\lvert \lambda (w) \rvert - \lvert\lambda (u) \rvert - \lvert \lambda (v)\rvert \leq 2$ in terms of numbers of stable TFPLs that is TFPLs invariant under Wieland drift. These stable TFPLs have boundary $(u^{+},v^{+};w)$ for words $u^{+}$ and $v^{+}$ such that $\lambda (u) \subseteq \lambda (u^{+})$ and $\lambda (v) \subseteq \lambda (v^{+})$.
Les configurations de boucles compactes triangulaires (”triangular fully packed loop configurations”, ou TFPLs) sont apparues dans l’étude des configurations de boucles compactes dans un carré (FPLs) correspondant à des motifs de liaison avec un grand nombre d’arcs imbriqués. À chaque TPFL on associe un triplet $(u,v;w)$ de mots sur {0,1}, qui encode ses conditions aux bords. Une condition nécessaire pour le bord $(u,v;w)$ d’un TFPL est $\lvert \lambda(u) \rvert +\lvert \lambda(v) \rvert \leq \lvert \lambda(w) \rvert$, où $\lambda(u)$ désigne le diagramme de Young associé au mot $u$. D’un autre côté, la giration de Wieland a été inventée pour montrer l’invariance par rotation des nombres $A_\pi$ de FPLs correspondant à un motif de liaison donné $\pi$. Plus tard, la déviation de Wieland a été définie pour adapter de manière naturelle la giration de Wieland aux TFPLs. La contribution principale de cet article est une expression linéaire pour le nombre de TFPLs de bord $(u,v;w)$, où $\lvert \lambda (w) \rvert - \lvert\lambda (u) \rvert - \lvert \lambda (v)\rvert \leq 2$, en fonction des nombres de TFPLs stables, <i>i.e</i>., les TFPLs invariants par déviation de Wieland. Ces TFPLs stables ont pour bord $(u^{+},v^{+};w)$, avec $u^{+}$ et $v^{+}$ des mots tels que $\lambda (u) \subseteq \lambda (u^{+})$ et $\lambda (v) \subseteq \lambda (v^{+})$.
A uniform realization of the combinatorial $R$-matrix
Authors: Lenart Cristian , Lubovsky Arthur 
Published: August 2021

Kirillov-Reshetikhin (KR) crystals are colored directed graphs encoding the structure of certain finite-dimensional representations of affine Lie algebras. A tensor product of column shape KR crystals has recently been realized in a uniform way, for all untwisted affine types, in terms of the quantum alcove model. We enhance this model by using it to give a uniform realization of the combinatorial $R$-matrix, i.e., the unique affine crystal isomorphism permuting factors in a tensor product of KR crystals. In other words, we are generalizing to all Lie types Schützenberger’s sliding game (jeu de taquin) for Young tableaux, which realizes the combinatorial $R$-matrix in type $A$. We also show that the quantum alcove model does not depend on the choice of a sequence of alcoves
Les cristaux de Kirillov–Reshetikhin (KR) sont des graphes orientés avec des arêtes étiquetées qui encodent certaines représentations de dimension finie des algèbres de Lie affines. Les produits tensoriels des cristaux KR de type colonne ont été récemment réalisés de manière uniforme, pour tous les types affines symétriques, en termes du modèle des alcôves quantique. Nous enrichissons ce modèle en l’utilisant pour donner une réalisation uniforme de la $R$-matrice combinatoire, c’est à dire, l’isomorphisme des cristaux affines unique quit permute les facteurs dans un produit tensoriel des cristaux KR. En d’autres termes, nous généralisons pour tous les types de Lie le jeu de taquin de Schützenberger sur les tableaux de Young, qui réalise la $R$-matrice combinatoire dans le type $A$. Nous montrons aussi que le modèle des alcôves quantique ne dépend pas du choix d’une suite d’alcôves.
Bijections of dominant regions in the $m$-Shi arrangements of type $A$, $B$ and $C$
Authors: Kallipoliti Myrto , Tzanaki Eleni 
Published: August 2021

In the present paper, the relation between the dominant regions in the $m$-Shi arrangement of types $B_n/C_n$, and those of the $m$-Shi arrangement of type $A_{n-1}$ is investigated. More precisely, it is shown explicitly how the sets $R^m(B_n)$ and $R^m(C_n)$, of dominant regions of the $m$-Shi arrangement of types $B_n$ and $C_n$ respectively, can be projected to the set $R^m(A_{n-1})$ of dominant regions of the $m$-Shi arrangement of type $A_{n-1}$. This is done by using two different viewpoints for the representative alcoves of these regions: the Shi tableaux and the abacus diagrams. Moreover, bijections between the sets $R^m(B_n)$, $R^m(C_n)$, and lattice paths inside a rectangle $n\times{mn}$ are provided.
Dans cet article, nous étudions la relation entre les régions dominantes du $m$-arrangement de Shi de types $B_n/C_n$ et ceux du $m$-arrangement de Shi de type $A_{n-1}$. Plus précisément, nous montrons comment les ensembles $R^m(B_n)$ et $R^m(C_n)$, des régions dominantes du $m$ -arrangement de Shi de types $B_n$ et $C_n$ respectivement, peuvent être projetés sur l’ensemble $R^m(A_{n-1})$ des régions dominantes du $m$-arrangement de Shi de types $A_{n-1}$. Pour cela nous utilisons deux points de vue différents sur les alcôves représentatives de ces régions: les tableaux de Shi et les diagrammes d’abaques. De plus, nous fournissons des bijections entre les ensembles $R^m(B_n)$, $R^m(C_n)$, et les chemins à l’intérieur d’un rectangle $n\times{mn}$.
Pieri rules for Schur functions in superspace
Authors: Jones Miles Eli , Lapointe Luc 
Published: August 2021

The Schur functions in superspace $s_\Lambda$ and $\overline{s}_\Lambda$ are the limits $q=t= 0$ and $q=t=\infty$ respectively of the Macdonald polynomials in superspace. We present the elementary properties of the bases $s_\Lambda$ and $\overline{s}_\Lambda$ (which happen to be essentially dual) such as Pieri rules, dualities, monomial expansions, tableaux generating functions, and Cauchy identities.
Les fonctions de Schur dans le superespace $s_\Lambda$ et $\overline{s}_\Lambda$ sont les limites $q=t= 0$ et $q=t=\infty$ respectivement des polynômes de Macdonald dans le superespace. Nous présentons les propriétés élémentaires des bases $s_\Lambda$ et $\overline{s}_\Lambda$ (qui sont essentiellement duales l'une de l'autre) tels que les règles de Pieri, la dualité, le développement en fonctions monomiales, les fonctions génératrices de tableaux et les identités de Cauchy.
A Nekrasov-Okounkov type formula for affine $\widetilde{C}$
Authors: Pétréolle Mathias 
Published: August 2021

In 2008, Han rediscovered an expansion of powers of Dedekind $\eta$ function due to Nekrasov and Okounkov by using Macdonald's identity in type $\widetilde{A}$. In this paper, we obtain new combinatorial expansions of powers of $\eta$, in terms of partition hook lengths, by using Macdonald's identity in type $\widetilde{C}$ and a new bijection. As applications, we derive a symplectic hook formula and a relation between Macdonald's identities in types $\widetilde{C}$, $\widetilde{B}$, and $\widetilde{BC}$.
En 2008, Han a redécouvert un développement des puissances de la fonction $\eta$ de Dedekind, dû à Nekrasov et Okounkov, en utilisant l’identité de Macdonald en type $\widetilde{A}$. Dans cet article, nous obtenons un nouveau développement combinatoire des puissances de $\eta$, en termes de longueurs d’équerres de partitions, en utilisant l’identité de Macdonald en type $\widetilde{C}$ ainsi qu’une nouvelle bijection. Plusieurs applications en sont déduites, comme un analogue symplectique de la formule des équerres, ou une relation entre les identités de Macdonald en types $\widetilde{C}$, $\widetilde{B}$, et $\widetilde{BC}$.
The $(m, n)$-rational $q, t$-Catalan polynomials for $m=3$ and their $q, t$-symmetry
Authors: Kaliszewski Ryan , Li Huilan 
Published: August 2021

We introduce a new statistic, skip, on rational $(3,n)$-Dyck paths and define a marked rank word for each path when $n$ is not a multiple of 3. If a triple of valid statistics (area; skip; dinv) are given, we have an algorithm to construct the marked rank word corresponding to the triple. By considering all valid triples we give an explicit formula for the $(m,n)$-rational $q; t$-Catalan polynomials when $m=3$. Then there is a natural bijection on the triples of statistics (area; skip; dinv) which exchanges the statistics area and dinv while fixing the skip. Thus we prove the $q; t$-symmetry of $(m,n)$-rational $q; t$-Catalan polynomials for $m=3$..
Nous introduisons une nouvelle statistique, le skip, sur les chemins de $(3,n)$-Dyck rationnels et définissons le mot de rang marqué pour chaque chemin quand $n$ n’est pas un multiple de 3. Si un triplet valide de statistiques (aire, skip, dinv) est donné, nous avons un algorithme pour construire le mot de rang marqué correspondant au triplet. En considérant tous les triplets valides, nous donnons une formule explicite pour les polynômes de $q; t$-Catalan $(m,n)$- rationnels quand $m=3$. Enfin, il existe une bijection naturelle sur les triplets de statistiques (aire, skip, dinv) qui échange les statistiques aires et dinv en conservant le skip. Ainsi, nous prouvons la $q; t$-symétrie des polynômes de $q; t$-Catalan $(m,n)$-rationnels pour $m=3$..
Negative $q$-Stirling numbers
Authors: Cai Yue , Readdy Margaret 
Published: August 2021

The notion of the negative $q$-binomial was recently introduced by Fu, Reiner, Stanton and Thiem. Mirroring the negative $q$-binomial, we show the classical $q$ -Stirling numbers of the second kind can be expressed as a pair of statistics on a subset of restricted growth words. The resulting expressions are polynomials in $q$ and $(1+q)$. We extend this enumerative result via a decomposition of the Stirling poset, as well as a homological version of Stembridge’s $q=-1$ phenomenon. A parallel enumerative, poset theoretic and homological study for the $q$-Stirling numbers of the first kind is done beginning with de Médicis and Leroux’s rook placement formulation. Letting $t=1+q$ we give a bijective combinatorial argument à la Viennot showing the $(q; t)$-Stirling numbers of the first and second kind are orthogonal.
La notion de la $q$-binomial négative était introduite par Fu, Reiner, Stanton et Thiem. Réfléchissant la $q$-binomial négative, nous démontrons que les classiques $q$-nombres de Stirling de deuxième espèce peuvent être exprimés comme une paire de statistiques sur un sous-ensemble des mots de croissance restreinte. Les expressions résultantes sont les polynômes en $q$ et $1+q$. Nous étendons ce résultat énumératif via une décomposition du poset de Stirling, ainsi que d’une version homologique du $q=-1$ phénomène de Stembridge. Un parallèle énumératif, poset théorique et étude homologique des $q$-nombres de Stirling de première espèce se fait en commençant par la formulation du placement des tours par suite des auteurs de Médicis et Leroux. On laisse $t=1+q$ et on donne les arguments combinatoires et bijectifs à la Viennot qui démontrent que les $(q;t)$-nombres de Stirling de première et deuxième espèces sont orthogonaux.
Bruhat interval polytopes
Authors: Tsukerman Emmanuel , Williams Lauren 
Published: August 2021

Let $u$ and $v$ be permutations on $n$ letters, with $u$ &le; $v$ in Bruhat order. A <i>Bruhat interval polytope</i> $Q_{u,v}$ is the convex hull of all permutation vectors $z=(z(1),z(2),...,z(n))$ with $u$ &le; $z$ &le; $v$. Note that when $u=e$ and $v=w_0$ are the shortest and longest elements of the symmetric group, $Q_{e,w_0}$ is the classical permutohedron. Bruhat interval polytopes were studied recently in the 2013 paper “The full Kostant-Toda hierarchy on the positive flag variety” by Kodama and the second author, in the context of the Toda lattice and the moment map on the flag variety. In this paper we study combinatorial aspects of Bruhat interval polytopes. For example, we give an inequality description and a dimension formula for Bruhat interval polytopes, and prove that every face of a Bruhat interval polytope is a Bruhat interval polytope. A key tool in the proof of the latter statement is a generalization of the well-known lifting property for Coxeter groups. Motivated by the relationship between the lifting property and $R$-polynomials, we also give a generalization of the standard recurrence for $R$-polynomials.
Soient $u$ et $v$ des permutations sur $n$ lettres, avec, $u$ &le; $v$ dans l’ordre de Bruhat. Un <i>polytope d’intervalles de Bruhat</i> $Q_{u,v}$ est l’enveloppe convexe de tous les vecteurs de permutations $z=(z(1),z(2),...,z(n))$ avec $u$ &le; $z$ &le; $v$. Notons que lorsque $u=e$ et $v=w_0$ sont respectivement le plus court et le plus long élément du groupe symétrique, $Q_{e,w_0}$ est le permutoèdre classique. Les polytopes d’intervalles de Bruhat ont été étudiés récemment dans le papier de 2013 “The full Kostant-Toda hierarchy on the positive flag variety” par Kodama et le deuxième auteur, dans le contexte du treillis de Toda et la carte des moments sur la variété de drapeaux. Dans ce papier nous étudions des aspects combinatoires des polytopes d’intervalles de Bruhat. Par exemple, nous donnons une description par inégalités et une formule dimensionnelle pour les polytopes d’intervalles de Bruhat, et prouvons que chaque face d’un polytope d’intervalles de Bruhat est un polytope d’intervalles de Bruhat. Un outil essentiel dans la preuve de cette dernière affirmation est une généralisation de la célèbre propriété de lifting pour les groupes de Coxeter. Motivés par la relation entre la propriété de lifting et les $R$-polynômes, nous donnons aussi une généralisation de la récurrence standard pour les $R$-polynômes.