斯特林數 筆記

2022-05-11 04:00:34 字數 1544 閱讀 9027

這篇文主要記錄一些lizbaka在學習斯特林數時遇到的一些比較關鍵的點

此文條理較為混亂,不甚完善,主要以作為筆記為目的,僅供參考

第二類斯特林數\(\beginn\\k\end\)表示\(n\)個元素劃分成\(k\)個非空無標號集合的方案數

其遞推方程為:

\[\beginn\\k\end=\beginn-1\\k-1\end+k\times\beginn-1\\k\end

\]\[\begin0\\0\end=1

\]其意義為,最後乙個元素,單獨組成乙個集合,或加入已有的任意乙個集合

第二類斯特林數\(\beginn\\k\end\)又稱為「\(n\)子集\(k\)」

第二類斯特林數的展開式為:

\[\beginn\\k\end=\frac\sum_^k(-1)^i\begink\\i\end(k-i)^n

\]考慮盒子有標號,且允許有空盒的情況

那麼有\(i\)個盒子為空的方案數即為\(\begink\\i\end(k-i)^n\)

容斥一下,再除以乙個階乘變成無標號的情況即可

進一步整理,式子化為

\[\beginn\\k\end=\sum_^k\frac\times \frac

\]這是乙個卷積形式的式子,可以利用fft/ntt求得

第一類斯特林數\(\beginn\\k\end\)表示\(n\)個元素劃分成\(k\)個圓排列的方案數

其遞推方程為:

\[\beginn\\k\end=\beginn-1\\k-1\end+(n-1)\times\beginn-1\\k\end

\]\[\begin0\\0\end=1

\]其意義為,最後乙個元素,單獨組成乙個圓排列,或者插入到已有的任意乙個元素的左側

第一類斯特林數\(\beginn\\k\end\)又稱為「\(n\)輪換\(k\)」

每乙個排列都與乙個輪換的集合等價(《具體數學》\(p217-p218\))

於是有:

\[\sum_^n\beginn\\k\end=n!(n\ge0)

\]記下降冪:

\[x^=x\times(x-1)\times(x-2)\cdots\times(x-n+1)

\]記上公升冪:

\[x^=x\times(x+1)\times(x+2)\cdots\times(x+n+1)

\]這常常出現在組合計數中

冪之間的轉換公式(《具體數學》\(p219-p220\)):

\[x^=\sum_^n\beginn\\k\endx^k

\]\[x^=\sum_^n\beginn\\k\end(-1)^x^k

\]\[x^n=\sum_^n\beginn\\k\endx^=\sum_^n\beginn\\k\end(-1)^x^

\]事實上,我們可以建立常冪與組合數之間的關係:

\[x^n=\sum_^n\beginn\\k\endx^=\sum_^n\beginn\\k\end\times k!\times \beginx\\k\end

\]從而轉化到組合數進行求解

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