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错排数计数

时间:2022-10-31 08:57:08浏览次数:83  
标签:geq 排数 dfrac sum 计数 错排 置换

定义:\(\forall i\in[1,n],p_i\neq i\) 的长度为 \(n\) 的排列数。

一开始看到的时候还想用容斥推:\(\sum\limits_{i=0}^n\binom{n}{i}(-1)^i(n-i)!\),结果发现太垃圾了。

递推法

设 \(D(n)\) 表示长度为 \(n\) 的错排数,考虑枚举数 \(n\) 放在了第 \(i\) 个位置(\(1\leq i\leq n-1\)),然后此时数 \(i\) 已经不在自己的位置了,考虑它放在哪:

  • 若数 \(i\) 放在了第 \(n\) 个位置,那么相当于剩下的 \(n-2\) 个数的错排问题。
  • 若数 \(i\) 不放在第 \(n\) 个位置,此时看成数 \(i\) 也有一个错排限制,于是相当于 \(n-1\) 个数的错排问题。

于是有递推式:\(D(n)=(n-1)\big(D(n-1)+D(n-2)\big)\)。

生成函数法

排列可以看成若干个置换环组成,错排可以看成若干个大小不为 \(1\) 的置换环组成。

可知大小为 \(n\) 的置换环的数量为 \((n-1)!\),那么大小为 \(n(n\geq 2)\) 的置换环数量的 EGF 为:

\[F(x)=\sum_{n\geq 2}\dfrac{(n-1)!}{n!}x^n=\sum_{n\geq 2}\dfrac{x^n}{n}=\left(\int \sum_{n\geq 0}x^{n}\right)-x=\left(\int \dfrac{1}{1-x}\right)-x=-\ln(1-x)-x \]

于是错排数的指数生成函数即为:

\[\exp F(x)=\exp(-\ln(1-x)-x) \]

标签:geq,排数,dfrac,sum,计数,错排,置换
From: https://www.cnblogs.com/ez-lcw/p/16843067.html

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