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The sandpile model, polyominoes, and a $q,t$-Narayana polynomial

Mark Dukes (1), Yvan Le Borgne ORCID (2)
(1) Department of Computer and Information Sciences [Univ Strathclyde]
(2) Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique
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Imported on
January 31, 2017
Published on
December 31, 2011
Last modified on
March 31, 2025
Volume
DMTCS Proceedings vol. AR, 24th International Conference on Formal Power Series and Algebraic Combinatorics (FPSAC 2012)
Proceedings
DOI
10.46298/dmtcs.3044
License
https://about.hal.science/hal-authorisation-v1
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790
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1083
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The sandpile model, polyominoes, and a $q,t$-Narayana polynomial

Mark Dukes (1), Yvan Le Borgne ORCID (2)
(1) Department of Computer and Information Sciences [Univ Strathclyde]
(2) Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique
Abstract
English
We give a polyomino characterisation of recurrent configurations of the sandpile model on the complete bipartite graph $K_{m,n}$ in which one designated vertex is the sink. We present a bijection from these recurrent configurations to decorated parallelogram polyominoes whose bounding box is a $m×n$ rectangle. Other combinatorial structures appear in special cases of this correspondence: for example bicomposition matrices (a matrix analogue of set partitions), and (2+2)-free posets. A canonical toppling process for recurrent configurations gives rise to a path within the associated parallelogram polyominoes. We define a collection of polynomials that we call $q,t$-Narayana polynomials, the generating functions of the bistatistic $(\mathsf{area ,parabounce} )$ on the set of parallelogram polyominoes, akin to Haglund's $(\mathsf{area ,hagbounce} )$ bistatistic on Dyck paths. In doing so, we have extended a bistatistic of Egge et al. to the set of parallelogram polyominoes. This is one answer to their question concerning extensions to other combinatorial objects. We conjecture the $q,t$-Narayana polynomials to be symmetric and discuss the proofs for numerous special cases. We also show a relationship between the $q,t$-Catalan polynomials and our bistatistic $(\mathsf{area ,parabounce}) $on a subset of parallelogram polyominoes.
French
Pour le modèle du tas de sable sur un graphe $K_m,n$ biparti complet, on donne une description des configurations rècurrentes à l'aide d'une bijection avec des polyominos parallèlogrammes dècorès de rectangle englobant $m×n$. D'autres classes combinatoires apparaissent comme des cas particuliers de cette construction: par exemple les matrices de bicomposition et les ordres partiels évitant le motif (2+2). Un processus d'éboulement canonique des configurations récurrentes se traduit par un chemin bondissant dans le polyomino parallèlogramme associè. Nous définissons une famille de polynômes, baptisée de $q,t$-Narayana, à travers la distribution d'une paire de statistique $(\mathsf{aire, poidscheminbondissant})$ sur les polyominos parallélogrammes similaire à celle de Haglund définissant les polynômes de $q,t$-Catalan sur les chemins de Dyck. Ainsi nous étendons une paire de statistique de Egge et d'autres à l'ensemble des polynominos parallélogrammes. Cela répond à l'une de leur question sur des généralistations à d'autres objets combinatoires. Nous conjecturons que les polynômes de $q,t$-Narayana sont symétriques et discutons des preuves de plusieurs cas particuliers. Nous montrons ègalement une relation avec les polynômes de $q,t$-Catalan en restreignant notre paire de statistique à un sous-ensemble des polyominos parallélogrammes.
Keywords
  • [INFO.INFO-DM]Computer Science [cs]/Discrete Mathematics [cs.DM]
  • sandpile model
  • bipartite graph
  • q
  • t-Catalan
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