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浅谈两类斯特林数

时间:2022-12-29 14:38:08浏览次数:54  
标签:第二类 浅谈 斯特林 元素 反演 第一类 两类 抽屉


Preface

下文简单介绍了两类斯特林数,也总结了它们的一些性质
由于第二类较第一类容易理解,更简单,因此先介绍第二类

第二类斯特林数

给你N个元素(有差别),M个集合(无差别),要你将这N个元素放入M个集合,要求没有空集。求方案数。

Text

符号表示为$浅谈两类斯特林数_递推浅谈两类斯特林数_组合数学_02

考虑递推式
浅谈两类斯特林数_Text_03个元素,若放入了浅谈两类斯特林数_递推_04个集合,那么这个元素肯定是新开一个集合,所以等于浅谈两类斯特林数_组合数学_05
若已经放入了浅谈两类斯特林数_斯特林数_06个集合,那么这个元素在前面所有元素中选一个放入,就是浅谈两类斯特林数_Text_07

总的说来,就是浅谈两类斯特林数_组合数学_08

浅谈两类斯特林数_斯特林数_09

其实上下两部分就是个二项式反演

根据上面第二类斯特林数的展开式,如果我们想快速求n相同的所有第二类斯特林数,发现上面的式子是将阶乘提出来是一个卷积的形式,NTT优化可以做到浅谈两类斯特林数_Text_10

主要应用在组合数之类的问题中。
几个经典例子。

  • N本书,M个抽屉(无差别),每个抽屉不能为空,求方案数。
    易得浅谈两类斯特林数_组合数学_11
  • N本书,M个抽屉(有差别),每个抽屉不能为空,求方案数。
    易得浅谈两类斯特林数_斯特林数_12
  • N本书,M个抽屉(无差别),每个抽屉可以空,求方案数。
    枚举多少个抽屉非空,易得浅谈两类斯特林数_组合数学_13
    这也就是贝尔数
  • N本书,M个抽屉(有差别),每个抽屉可以空,求方案数。
    枚举非空抽屉数,乘上一个排列。浅谈两类斯特林数_斯特林数_14

例题

给你M行N列的棋盘,让你放棋子,每行每列至少有1枚棋子,棋子有c种颜色,要求每种颜色至少1枚,求方案数(旋转,翻转算不同方案)。

题解见http://blog.csdn.net/hzj1054689699/article/details/54645826

第一类斯特林数

给你N个元素(有差别),M个圆环(无差别),要你将N个元素放入M个圆环中,求方案数
圆环有排列,但是不能循环同构

Text

第一类斯特林数有两种,带符号与无符号,分别用浅谈两类斯特林数_斯特林数_15表示,后者也可记作浅谈两类斯特林数_斯特林数_16
同样的我们考虑递推
容易有浅谈两类斯特林数_斯特林数_17
即考虑新的这个元素是成一个圆环还是插在前面某一个元素的左边。

第一类斯特林数还有另一种定义方式

浅谈两类斯特林数_Text_18
浅谈两类斯特林数_斯特林数_19

无符号第一类斯特林数是上升幂展开式的系数,带符号第一类斯特林数是下降幂展开式的系数
容易发现浅谈两类斯特林数_Text_20

联系这两个形式可以通过归纳得到,此处不再赘述。

根据上面两个式子,第一类斯特林数可以用分治FFT在n log^2时间求出,也可以采用倍增的方式n log 时间求出。

斯特林反演

浅谈两类斯特林数_组合数学_21
等价于
浅谈两类斯特林数_组合数学_22

如何推导呢?
考虑我们之前关于两类斯特林数的公式,它们连接了下降幂和乘方幂

浅谈两类斯特林数_斯特林数_23
浅谈两类斯特林数_斯特林数_24

(2)式代入(1)式
浅谈两类斯特林数_斯特林数_25
浅谈两类斯特林数_斯特林数_26

因为上式对所有的x均满足,因此有后面的求和有唯一解
浅谈两类斯特林数_斯特林数_27

类似的可以推出
浅谈两类斯特林数_斯特林数_28

有了这两个公式,考虑推斯特林反演的公式
若有
浅谈两类斯特林数_组合数学_21
显然
浅谈两类斯特林数_递推_30
浅谈两类斯特林数_Text_31
交换主体
浅谈两类斯特林数_Text_32
浅谈两类斯特林数_斯特林数_33

反过来同理
这样斯特林反演就得证了。


标签:第二类,浅谈,斯特林,元素,反演,第一类,两类,抽屉
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