A bipartite graph structure for Tamil

Remark: Tamil alphabets [which are Abugida or alphasyllabary in nature] can be written as a fully connected bipartite graph G(C+V,E). Both the basic 247 letters [known to have a ring representation] and sequences involving வட மொழி letters can be written in the sequence of two sets, V – vowels [உயிர்] and C – consonants [மெய்], and edges E: C -> V forming a map from each consonant to vowel (e.g.: க் + அ -> க ) are the உயிர்மெய் எழுத்துக்கள். This is a K_{\left[18 \times 12\right]} bipartite graph. Strictly speaking we can add அயுத எழுத்து ‘ஃ’ as a disconnected node and call it a K_{\left[ 18 \times 12\right]} + 1 forest graph. This may be simply extended to cover the வட மொழி எழுத்துக்கள் [Sanskrit letters optionally used in Tamil]. Full alphabet set is obtained by cumulative sum of edges and vertices.

Corollary: Most other alphasyllabary, Abugida languages have a similar bipartite graph representation.

Fig. 1: A fully connected Bipartite graph K(5,3). Credit: Wikipedia.

A group structure for Tamil

We can form a group structure for Tamil alphabets in many ways; simply we may apply residue classes modulo N or symmetric group of permutations modulo N for any cardinality. However, one interesting group structure with applications is the abstraction of 247 Tamil letters written on a torus; in this essay I will attempt to describe it and show that it forms a group.

We consider the 247 Tamil letters formed by 1 ayudha letter and 12 uyir letters for 13 vowels, and 18 mei letters for 18 consonants and 216 uyirmei or conjugate letters [247 = 13 + 18 + 216]. By consider a mapping of 13 vowels to Z13[residue classes modulo 13] and 18 uyirmei letters + ayutha letter to Z19 [residue classes modulo 19].

Fig. 1: The Cayley table for Z13 can represent Uyir letters.
Fig. 2: The Cayley table for Z19 can represent Mei letters (with modification)


Further we may represent each uyirmei letter as a index into a 2D table formed by rows of mei letters, and columns of uyir letters. So, for example letter ‘கு = க் + ஊ’ can be written as 6 + 1*13 = 19. Uyir letters are all represented from [0-12], Mei letters are represented as multiples of 13, [13, 26, 39, .. 234] for [க், ச், … ல், வ், ழ், ள்]. Uyirmei letters form everything in between.

The general representation of a letter can be: t = a + 13*b, where a goes from [0-12] and b goes from [0-18]. This representation pegs ‘ஃ’ at the origin. In the direct product of Z13 and Z19 this will be represented as (a,b)

Letter representation in the product group: Z13 x Z19


Further since we showed uyir and mei letters can be embedded into the Z13, and Z19 residue classes and we know 247 factors neatly into 2 primes 13 and 19, we may use the Chinese remainder theorem (which guarantees that given two sets of residue classes which are co-prime, we can form a residue class with a unique representation for the direct-sum [direct-product] of the underlying sets). In our case we are guaranteed that Z13 x Z19 direct sum structure forms an isomorphic group in Z247. This is the key result in this easy:

Tamil letters [247] have a direct product representation in group Z247 which is isomorphic to the direct product of Z13, Z19 as mapping the uyir and mei group representations.

Key result – Group representation for Tamil alphabets

While Chinese remainder theorem guarantees a ring structure, I don’t know the second operator which can take role of product to make the ring structure possible at this writing.


ஏற்கணவே பதிவு செய்த  இடத்தில் இருந்து தொடருவோம்:

படம் 1: ஆமவடை

Corollary 2 of  Theorem 3: ஒரே சொல்லில் எழுத்து இரடிக்கப்பட்டால் அந்த சொல் டோரசில் ஒரு சுழலுடன் [loop] கொண்டபடி அமையும்.

Lemma 2:  படுக்கவசமாகவும், நிமிர்ந்துவசமாகவும் அமைகப்பட்ட சொர்கள் மொழியில் இல்லாதவை.

Corollary 3 or Theorem 3: டோரசில் படுக்கவசமாகவும், நிமிர்ந்துவசமாகவும் பாதைகள்/எழுத்துக்கள் இல்லாதவை.

Theorem 4: ஒரு அகராதியில் உள்ள சொர்கள் அனைத்தையும் டோரசில் பிரதிபலித்தால் அந்த குறுக்கிடும் இடங்களின் [intersecting points] ஒன்று அல்லது மெர்பட்ட சொற்களை] எண்ணிக்கை அளவை மிக குறைவாக்கும் வண்ணம் அமைக்க முடியாது. அதாவது ஒரு அகராதியின் சொற்கள் அனைத்து எவ்வித அமைப்பில் உள்ள டோரசானாலும் சரி அதன் குறுக்கிடும் இடங்களின் எண்ணிக்கை மாராது. இது ஒரு மாறிலி [invariant].

Corollary 1 of Theorem 4: மேர்கண்ட டோரசில் [அதன் ஒரு பிரதிபலிப்பில் – ‘அ,ஆ,இ,ஈ, … ,ஒ,ஓ,ஔ‘ என்றும் ‘கசடதபரயரலவழள – ….’  என்றும் வரிசையிலோ, அல்லது வேறு பரிமாணங்களில்  அடுக்கியிருந்தால்] ஒவ்வொரு அகராதிக்கும் ஒரு சிரப்பான குறுக்கிடும் இடங்களின் எண்ணிக்கை கிடைக்கும். இந்த எண் அகராதியின் கையொப்பம் [signature] என்றும் சொல்லாம்.

Theorem 5: டோரசில் உள்ள ஓவ்வொரு அகராதி சொல்லும் ஒரு பாதை என்று கொள்ளலாம். சொல்லின் தொடக்க எழுத்து  பாதையின் தொடக்கத்தையும், சொல்லின் கடைசி எழுத்து பாதையின் முடிவையும் குறிக்கும்; பாதை திசைகொண்ட பாதையாக இருக்கும் – ஒரு அம்பு தொடக்கத்தில் இருந்து முடிவின் திசையில் வழி காட்டும். ஆகையால் அகராதியில் இல்லாத பாதைகள் பிழையாக எழுதப்பட்ட  அகராதி சொற்களுக்கு சமம், அல்லது அகராதியில் இல்லாத புதிய சொற்களுக்கு சமம்.

வாதம் [ஆதாரத்தின் தொடக்கமாக கருத்ப்படலாம்]:  டோரசில்ஒவ்வொரு சொல்லும் [அதன் பாதையும்] அகராதியில் உள்ள சொற்களாகவே இருக்கவேண்டும். Coding-theory / error correction codes theory படி இவ்வகை சரியான எழுத்துக்கள் உள்ள பாதைகள், சரியான சொற்களாகவும், தவான சொற்கள் [இல்லாத சொற்கள்] பிழையானவை என்வும் அமையும். இவ்வாரான சொற்கள் சரியானவையையின் சொற்பிழை எனவும் கருதப்பாடும்.

Corollary 1 of Theorem 5: மேர்கண்ட டோரசில் முழு அகராதி பிரதிபலிக்கப்பட்டதால், இதனைக்க்கொண்டு ஒரு சொற்பிழை திருத்தி செய்யலாம். பிழையான் சொல்லின் திருத்தம், அதன் நெருங்கிய தொலைவில் உள்ள சரியான் சொல் என்பதை நடைமுரைவிதியாகக்கொண்டு இதனை அமல்படுத்தலாம்.

Theorem 6: Tries எனப்படும் சொல்மரங்களைக்கொண்ட தரவமைப்பை டோரசில் குறியிட்டால், அது தொடர்பாதையாக ஒரே தொடக்கமும், பல பாதைமுடிவுகளையும் கொண்டதாக அமையும். இவற்றில் சில பாதைகள் சேரும் வகையில் முடிவுபெரும் வகையிலும் அமையலாம்.

படம் 2: Trie மரம் என்ற தரவமைப்பு. இதில் ‘to’, ‘tea’, ‘ted’, ‘ten’, ‘A’, ‘in’, மற்றும் ‘inn’ ஆகிய சொற்கள் இடம் பெற்றுள்ளன.

உதாரணத்திற்கு, படம் 2-இல் முடியும் நிலை நுனிகள் ‘n’ என்பவை டோரசில் வரும்பொழுது சேரும் வகையில் முடிவுபெரும் வகையில் அமையும்.