關於斯特林數

2022-03-16 19:18:59 字數 2192 閱讀 7022

$s_1(n,m)$表示$n$個元素,形成$m$個環的方案數,記作$\beginn\\m\end$。

其中每個元素是不同的,每個環是相同的。

從實際含義上去考慮,第一類斯特林數遞推公式為:

$\beginn\\m\end=\beginn-1\\m-1\end+(n-1)*\beginn-1\\m\end$

分別對應形成新的環,方案數即$\beginn-1\\m-1\end$。

接在原來的乙個環中乙個元素的後面,方案數即$(n-1)*\beginn-1\\m\end$

1.第一類斯特林數第$n$行的和為$n!$,即

$\sum \limits_^n\beginn\\i\end=n!$

考慮$n!$,表示$n$個元素的排列。建立$i \rightarrow p_i$的置換,顯然會形成若干個環。

這與第一類斯特林數在第$n$行的的一種方案是一一對應的。

2.第一類斯特林數的乙個用途是用通常冪表示上公升冪,有

$x^=\sum \limits_^n \beginn\\i\endx^i$

證明可以通過數學歸納法。

當$n=0$,原式$x^=1=x^0$顯然成立。

$x^=\sum \limits_^n \beginn\\i\endx^i$

設原式在$n$時成立,只要證原式在$n+1$時也成立。

左右同乘$x+n$可得,$x^=x^*(x+n)$

$=\sum \limits_^n \beginn\\i\endx^i*(x+n)$

$=\sum \limits_^ \beginn+1\\i\endx^i$

3.對於通常冪,顯然有$x^n=(-x)^n*(-1)^n$

對於下降冪和上公升冪,同樣有

$x^=(-x)^*(-1)^n$

$x^=(-x)^*(-1)^n$

將該式代入$x^=\sum \limits_^n \beginn\\i\endx^i$

整理可得用通常冪表示下降冪的式子

$x^=\sum \limits_^n \beginn\\i\end(-1)^x^i$

對於同一行第一類斯特林數的求解,可以直接利用第二個性質。

對$x^$做分治$fft$即可。

這個做法的複雜度是$o(nlog^2n)$的,可以用一些做法優化到乙個log,待補。

$s_2(n,m)$表示$n$個元素,形成$m$個集合的方案數,記作$\beginn\\m\end$。

其中每個元素是不同的,每個集合是相同的。

從實際含義上去考慮,第二類斯特林數遞推公式為:

$\beginn\\m\end=\beginn-1\\m-1\end+m*\beginn-1\\m\end$

分別對應形成新的集合,方案數即$\beginn-1\\m-1\end$。

加入任意乙個已有的集合,方案數即$m*\beginn-1\\m\end$

1.第二類斯特林數的乙個用途是用下降冪表示通常冪,有

$x^n=\sum \limits_^n \beginn\\i\endx^$

證明(1) 通過數學歸納法,與第一類斯特林數的證明類似,這裡略過。

證明(2) 考慮$x^n$的實際含義,將$n$個不同元素放入$x$個不同集合中。

有$x^n=\sum_^n\beginn\\i\end\binom i!$

因為第二類斯特林數中的集合是無差別的,所以最後應當乘上$i!$。

整理上式可得要證的式子,實際上這個含有組合數的公式也是有時候要化成的形式。

2.同樣代入負數形式,可得用上公升冪表示通常冪的形式,即

$x^n=\sum \limits_^n \beginn\\i\end(-1)^x^$。

單點求解第二類斯特林數存在一種$o(n)$的容斥方法。

設共有n個不同元素,為了方便,設共有m個不同集合。

設$g_x$表示恰好$x$個集合為空的方案數。

設$f_x$表示欽定$x$個集合為空的方案數,有

$f_x=\binom(m-x)^n$

$f_x=\sum \limits_^\binomg_i$

由二項式反演得

$g_x=\sum \limits_^(-1)^\binomf_i$。

代入$x=0$,可得

$\beginn\\m\end=\frac*\sum \limits_^(-1)^i\binom(m-i)^n$

拆一拆就發現這個玩意是個卷積式,所以求同一行第二類斯特林數可以做到$o(nlogn)$。

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