二項式反演

2022-09-14 19:33:14 字數 937 閱讀 8723

形式與多步容斥相似,公式與多步容斥類似,多步容斥公式為:

\[|a_1\cup a_2\cup...\cup a_n|=\sum\limits_|a_i|-\sum\limits_^n(-1)^ig(i)\\

g(n)=\sum\limits_^n(-1)^if(i)\]

顯然這兩個公式是等價,也是相互推導的關係,因此我們得到了二項式反演的形式1:

形式 1:

\[f(n)=\sum\limits_^ng(i)\leftrightarrow g(n)=\sum\limits_^n(-1)^f(i)

\]形式 2:

\[f(n)=\sum\limits_^ng(i)\leftrightarrow g(n)=\sum\limits_^n(-1)^f(i)

\]證明:

我們把右邊帶入到左邊,調換兩個求和符號的順序,然後再考慮 \(\) 的組合意義,稍微轉換一下可得到:

\[f(n)=\sum\limits_^nf(j)(1-1)^

\]可以得出左右兩邊相等。

更加通用的證明公式為:

\[f(n)=\sum\limits_^ng(i)\leftrightarrow g(n)=\sum\limits_^n(-1)^f(i)

\]形式 3:

這個公式和形式2類似,是最常用的公式,為:

\[f(n)=\sum\limits_^mg(i)\leftrightarrow g(n)=\sum\limits_^m(-1)^f(i)

\]證明:

同上,把右邊帶入左側即可。

組合意義:

我們記 \(f(n)\) 表示欽定選 \(n\) 個,\(g(n)\) 表示恰好選 \(n\) 個,則對於任意的 \(i\geq n\) ,\(g(i)\) 在 \(f(n)\) 中被計算了 \(\) 次,因此 \(f(n)=\sum\limits_^mg(i)\),其中 \(m\) 是數目上界。

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