斯特林數學習筆記

2022-05-25 18:30:14 字數 1486 閱讀 7903

這個東西在數論以及生成函式有關問題上非常有用。

首先我們看看定義。

$\beginn \\ m\end$為第一類斯特林數,表示$n$個不同的元素放進$m$個無序圓排列的方案數。

$\beginn \\ m\end$為第二類斯特林數,表示$n$個不同的元素放進$m$個無序集合的方案數。

然後我們就可以看看它有什麼好玩的性質了。

首先是遞推公式。

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

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

原理就是,對於第一類,要麼最後乙個元素單獨作為乙個圓排列,要麼在之前$n-1$個元素後面插入乙個元素。

第二類同理。

$$\sum_^\beginn \\ i\endx^i=\prod_^(x+i)$$

這是第一類斯特林數的生成函式,我們可以使用數學歸納法來證明,也可以直接推導生成函式。

設$s_n(x)=\sum_^n\beginn \\ i\endx^i$,則

$$s_n(x)=\sum_^n\beginn-1 \\ i-1\endx^i+(n-1)\sum_^n\beginn-1 \\ i\endx^i$$

$$=xs_(x)+(n-1)s_(x)$$

$$=(x+n-1)s_(x)$$

得證。$$\beginn \\ m\end=\frac\sum_^m(-1)^i\binom(m-i)^n$$

這是第二類斯特林數的通項公式,實際上就是容斥,列舉有$i$個集合是空的,選出這$i$個集合,然後把$n$個不同元素放到$m-i$個不同集合,再對集合去除標號(除以$m!$)

其實這就是乙個卷積,所以可以$o(n\log n)$求出第二類斯特林數的一行。

關於如何求斯特林數我專門寫了另外一篇部落格,可以看看。

$$x^k=\sum_^ki!\binom\begink \\ i\end=\sum_^kx^}\begink \\ i\end$$

這是通常冪和下降冪的表示,這個式子就可以做一些題目了。

cf932e

【gdoi2018】滑稽子圖

luogu4827

類似的公式還有:

$$x^k=\sum_^k(-1)^x^}\begink \\ i\end$$

$$x^}=\sum_^k\begink \\ i\endx^i$$

$$x^}=\sum_^k(-1)^\begink \\ i\endx^i$$

(其實第二個公式在上面已經見過了)

還有一道用第一類斯特林數的題目(cf960g),建議大家思考一下。

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