We present an extension of the Combination Lemma of [GSS89] that expresses the complexity of one or several faces in the overlay of many arrangements, as a function of the number of arrangements, the number of faces, and the complexities of these faces in the separate arrangements. Several applications of the new Combination Lemma are presented: We first show that the complexity of a single face in an arrangement of $k$ simple polygons with a total of $n$ sides is $Θ(n α(k) )$, where $α(\cdot)$ is the inverse of Ackermann's function. We also give a new and simpler proof of the bound $O \left( \sqrt{m} λ_{s+2}( n ) \right)$ on the total number of edges of $m$ faces in an arrangement of $n$ Jordan arcs, each pair of which intersect in at most $s$ points, where $λ_{s}(n)$ is the maximum length of a Davenport-Schinzel sequence of order $s$ with $n$ symbols. We extend this result, showing that the total number of edges of $m$ faces in a sparse arrangement of $n$ Jordan arcs is $O \left( (n + \sqrt{m}\sqrt{w}) \frac{λ_{s+2}(n)}{n} \right)$, where $w$ is the total complexity of the arrangement. Several other applications and variants of the Combination Lemma are also presented.


翻译:本文对[GSS89]中的组合引理进行了扩展,该引理将多个构型叠加中一个或多个面的复杂度表示为构型数量、面数量以及这些面在各独立构型中复杂度的函数。我们展示了新组合引理的多项应用:首先证明由$k$个简单多边形(总边数为$n$)构成的构型中,单个面的复杂度为$Θ(n α(k) )$,其中$α(\cdot)$是阿克曼函数的反函数。同时针对$n$条若尔当弧构成的构型(其中任意两条弧最多相交于$s$个点),我们给出了$m$个面总边数上界$O \left( \sqrt{m} λ_{s+2}( n ) \right)$的新证明,该证明更为简洁,此处$λ_{s}(n)$表示$n$个符号的$s$阶达文波特-辛钦序列的最大长度。我们进一步扩展该结果,证明在$n$条若尔当弧构成的稀疏构型中,$m$个面的总边数为$O \left( (n + \sqrt{m}\sqrt{w}) \frac{λ_{s+2}(n)}{n} \right)$,其中$w$为构型的总复杂度。文中还提出了组合引理的若干其他应用与变体。

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