母函式 詳解

2022-03-15 14:13:27 字數 2951 閱讀 4358

**      tanky woo

母函式(generating function)詳解

前段時間寫了一篇《揹包之01揹包、完全揹包、多重揹包詳解》,看到支援的人很多,我不是大牛,只是乙個和大家一樣學習的人,寫這些文章的目的只是為了一是希望讓大家學的輕鬆,二是讓自己複習起來更方便。

(ps:大家覺得我的文章還過的去就幫我支援下我的個人獨立部落格---tanky woo的程式人生:謝謝)

(以下內容部分引至杭電acm課件和維基百科)

在數學中,某個序列的母函式是一種形式冪級數,其每一項的係數可以提供關於這個序列的資訊。使用母函式解決問題的方法稱為母函式方法

母函式可分為很多種,包括普通母函式指數母函式l級數貝爾級數狄利克雷級數。對每個序列都可以寫出以上每個型別的乙個母函式。構造母函式的目的一般是為了解決某個特定的問題,因此選用何種母函式視乎序列本身的特性和問題的型別。

"把組合問題的加法法則和冪級數的t的乘冪的相加對應起來"

"母函式的思想很簡單—就是把離散數列和冪級數一一對應起來,把離散數列間的相互結合關係對應成為冪級數間的運算關係,最後由冪級數形式來確定離散數列的構造. "

我們首先來看下這個多項式乘法:

由此可以看出:

1. x的係數是a1,a

2,…a

n的單個組合的全體。

2. x

2的係數是a1,a

2,…a

2的兩個組合的全體。

………n. x

n的係數是a1,a

2,….a

n的n個組合的全體(只有1個)。

由此得到:

母函式的定義:

對於序列a0,a

1,a2,…構造一函式:

稱函式g(x)是序列a0,a

1,a2,…的母函式

這裡先給出2個例子,等會再結合題目分析:

第一種:

有1克、2克、3克、4克的砝碼各一枚,能稱出哪幾種重量?每種重量各有幾種可能方案? 

考慮用母函式來接吻這個問題:

我們假設x表示砝碼,x的指數表示砝碼的重量,這樣:

1個1克的砝碼可以用函式1+x表示,

1個2克的砝碼可以用函式1+x

2表示,

1個3克的砝碼可以用函式1+x

3表示,

1個4克的砝碼可以用函式1+x

4表示,

上面這四個式子懂嗎?

我們拿1+x

2來說,前面已經說過,x表示砝碼,x的指數表示重量,即這裡就是乙個質量為2的砝碼,那麼前面的1表示什麼?1代表重量為2的砝碼數量為0個。(理解!)

"把組合問題的加法法則和冪級數的t的乘冪的相加對應起來"

1+x2

表示了兩種情況:1表示質量為2的砝碼取0個的情況,x

2表示質量為2的砝碼取1個的情況。

這裡說下各項係數的意義:

在x前面的係數a表示相應質量的砝碼取a個,而1就表示相應砝碼取0個,這裡可不能簡單的認為相應砝碼取0個就該是0*x

2(想下為何?結合數學式子)。

tanky woo 的程式人生

:所以,前面說的那句話的意義大家可以理解了吧?

幾種砝碼的組合可以稱重的情況,可以用以上幾個函式的乘積表示:

(1+x)(1+x

2)(1+x

3)(1+x4)

=(1+x+x2+x

3)(1+x3+x

4+x7)

=1+x+x

2+2x

3+2x

4+2x

5+2x

6+2x7+x

8+x9+x

10

從上面的函式知道:可稱出從1克到10克,係數便是方案數。(!!!經典!!!)

例如右端有2x5 項,即稱出5克的方案有2:5=3+2=4+1;同樣,6=1+2+3=4+2;10=1+2+3+4。

故稱出6克的方案有2,稱出10克的方案有1 。

接著上面,接下來是第二種情況:

求用1分、2分、3分的郵票貼出不同數值的方案數:

大家把這種情況和第一種比較有何區別?第一種每種是乙個,而這裡每種是無限的。

以展開後的x4為例,其係數為4,即4拆分成1、2、3之和的拆分數為4;

即 :4=1+1+1+1=1+1+2=1+3=2+2

這裡再引出兩個概念整數拆分和拆分數:

所謂整數拆分即把整數分解成若干整數的和(相當於把n個無區別的球放到n個無標誌的盒子,盒子允許空,也允許放多於乙個球)。

整數拆分成若干整數的和,辦法不一,不同拆分法的總數叫做拆分數

現在以上面的第二種情況每種種類個數無限為例,給出模板

** 

#include

usingnamespace std;

constint _max = 10001;//

c1是儲存各項質量砝碼可以組合的數目

//c2是中間量,儲存每一次的情況

intc1[_max], c2[_max];

intmain()

for(i=2; i<=nnum; ++i) //

----- ②

//第i個表示式

for(j=0; j<=nnum; ++j) //

---- ⑤

}cout

<< c1[nnum] <

}return0;

}

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