在组合数学,Stirling 数可指两类数,第一类Stirling 数和第二类 Stirling 数,都是由18世纪数学家 James Stirling 提出的。
Stirling 数有两种,第一类和第二类Stirling 数

第一类斯特林数:

形如$\left[\begin{matrix}n\\m\end{matrix}\right]$,也写作 $s(n,k)$

组合意义:

$s(n,k)$ 表示吧$n$个数分成$k$组,每组是一个环,求分成的方案数。

也就是一个轮子,怎么转都是一样的,如:1,2,3,4 和 4,1,2,3 只算一种方案。

递推式:

$$s(n+1,2)=s(n,1)+s(n,2)\cdot n$$

即要么自成一个环,要么加入其它$k$个环,可以插入$n-1$个位置。(每两个数之间)

当然边界条件$\left[\begin{matrix}0\\0\end{matrix}\right]=1$

性质:

1. $s(n,1)=(n-1)!$

2. $s(n,2)=(n-1)!\times\sum_{i=1}^{n-1}\frac{1}{i}$

3. $\sum_{i=0}^n s(n,k)=n!$

证明:

1. 显然,我们把$n$个元素排列起来,有$n!$种可能,首尾相接即可得到一个环。这里面每种情况重复了$n$次,因为可以旋转$n$次,所以除以$n$,得到$s(n,1)=(n-1)!$。

2. 通过数学归纳法可以证明。

\begin{align*}s(n+1,2)&=s(n,1)+s(n,2)\cdot n \\&=(n-1)!+n(n-1)!\sum _{i=1}^{n-1}\frac{1}{i} \\&=(n-1)!+n!\sum _{i=1}^{n-1}\frac{1}{i} \\&=\frac{n!}{n}+n!\sum _{i=1}^{n-1}\frac{1}{i} \\&=n!\sum _{i=1}^{n}\frac{1}{i} \\\end{align*}

3. 这里有一个巧妙地“算两次”方法。
 首先构造一个问题,求$n$个数的所有排列。
 首先用乘法原理直接得出结论,$ans=n!$。
 我们知道,对于一个排列对应一个置换,即:

\begin{pmatrix}
1 & 2 & ... & n \\ a_1 & a_2 & ... & a_n
\end{pmatrix}

把这个置换中的上下对应位置连边,可以得到许多的环。由于排列和置换是一一对应的,所以我们要求排列的个数,就是求用$n$个元素组成环的方案数,所以我们枚举环的个数:

$$n!=\sum_{k=1}^ns(n,k)$$

由于我们有$s(n,0)=0$,所以也可以写成:

$$\sum_{k=0}^ns(n,k)=n!$$

第二类斯特林数:

形如$\left\{\begin{matrix}n\\k\end{matrix}\right\}$,也写作 $S(n,k)$

组合意义:

$S(n,k)$ 表示吧$n$个数分成$k$组,组内无序,每组没有区别。

递推式:

\begin{align*}\begin{Bmatrix}n\\k\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}n-1\\k-1\end{Bmatrix}+\begin{Bmatrix}n-1\\k\end{Bmatrix}*k\\\end{align*}

即要么自成一个组,要么加入其它$k$个组,可以插入$k$个组。

当然边界条件$\left\{\begin{matrix}0\\0\end{matrix}\right\}=1$

性质:

没有什么特别常用的。

通项公式:

$$S(n,m)=\frac{1}{m!} \sum _{k=0}^m (-1)^kC_m^k(m-k)^n$$

大概就是容斥原理,$k$枚举有多少个集合是空的,每种情况有$C^k_m$种空集情况,$n$个元素可以放进非空的$m-k$个集合中。这样求出来的答案是有序的,所以我们除以$m!$使得其变为无序。

卷积形式:

它具有卷积的形式$\begin{align*}\left\{\begin{matrix}n\\m\end{matrix}\right\}=\sum\limits_{k=0}^m\dfrac{(-1)^k}{k!}\dfrac{(m-k)^n}{(m-k)!}\end{align*}$

可以用FFT在$O(m\log_2m)$的时间内算出$\left\{\begin{matrix}n\\1\end{matrix}\right\}\cdots\left\{\begin{matrix}n\\m\end{matrix}\right\}$

转化幂:

第二类斯特林数可以用于转化幂:$\begin{align*}x^n=\sum\limits_{k=1}^n\left\{\begin{matrix}n\\k\end{matrix}\right\}x^\underline k\end{align*}$,可以用归纳法证明

\begin{align*}x^n&=x\sum\limits_{k=1}^{n-1}\left\{\begin{matrix}n-1\\k\end{matrix}\right\}x^\underline k\\&=\sum\limits_{k=1}^{n-1}\left\{\begin{matrix}n-1\\k\end{matrix}\right\}(x^\underline{k+1}+kx^\underline k)\\&=\sum\limits_{k=1}^n\left\{\begin{matrix}n-1\\k-1\end{matrix}\right\}x^\underline k+\sum\limits_{k=1}^n\left\{\begin{matrix}n-1\\k\end{matrix}\right\}kx^\underline k\\&=\sum\limits_{k=1}^n\left\{\begin{matrix}n\\k\end{matrix}\right\}x^\underline k\end{align*}

斯特林数(Stirling number)的更多相关文章

  1. 【算法】第二类斯特林数Stirling

    第二类Stirling数实际上是集合的一个拆分,表示将n个不同的元素拆分成m个集合的方案数,记为 或者 . 第二类Stirling数的推导和第一类Stirling数类似,可以从定义出发考虑第n+1个元 ...

  2. 学习总结:斯特林数( Stirling number )

    基本定义 第一类斯特林数:$1 \dots n$的排列中恰好有$k$个环的个数:或是,$n$元置换可分解为$k$个独立的轮换的个数.记作 $$ \begin{bmatrix} n \\ k \end{ ...

  3. poj 1430 Binary Stirling Number 求斯特林数奇偶性 数形结合| 斯特林数奇偶性与组合数的关系+lucas定理 好题

    题目大意 求子集斯特林数\(\left\{\begin{matrix}n\\m\end{matrix}\right\}\%2\) 方法1 数形结合 推荐一篇超棒的博客by Sdchr 就是根据斯特林的 ...

  4. 特殊计数序列——第一类斯特林(stirling)数

    第一类斯特林数 在这里我因为懒所以还是用\(S(n,m)\)表示第一类斯特林数,但一定要和第二类斯特林数区分开来 递推式 \(S(n,m)=S(n-1.m-1)+S(n-1,m)*(n-1)\) 其中 ...

  5. 特殊计数序列——第二类斯特林(stirling)数

    计算式 \[ S(n,m)=S(n-1,m-1)+mS(n,m) \] \(S(0,0)=1,S(i,0)=0(i>0)\) 组合意义 将\(n\)个不可分辨的小球放入\(m\)个不可分辨的盒子 ...

  6. 【poj1430】Binary Stirling Numbers(斯特林数+组合数)

    传送门 题意: 求\(S(n,m)\% 2\)的值,\(n,m\leq 10^9\),其中\(S(n,m)\)是指第二类斯特林数. 思路: 因为只需要关注奇偶性,所以递推式可以写为: 若\(m\)为偶 ...

  7. 【HDU 4372】 Count the Buildings (第一类斯特林数)

    Count the Buildings Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 65536/65536 K (Java/Othe ...

  8. HDU2643(SummerTrainingDay05-P 第二类斯特林数)

    Rank Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 32768/32768 K (Java/Others)Total Submis ...

  9. HDU3625(SummerTrainingDay05-N 第一类斯特林数)

    Examining the Rooms Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 32768/32768 K (Java/Othe ...

随机推荐

  1. 如何搭建SBT编译Scala开发的Android工程

    作者:戚明峰 最近接触了shadowsocks的Android客户端项目源码(https://github.com/shadowsocks/shadowsocks-android),刚好这个项目是使用 ...

  2. Question | 关于Android安全的一二事

    本文来自网易云社区 "Question"为网易云易盾的问答栏目,将会解答和呈现安全领域大家常见的问题和困惑.如果你有什么疑惑,也欢迎通过邮件(zhangyong02@corp.ne ...

  3. css匹配规则及性能

    一.CSS是如何匹配样式的 样式系统从最右边的选择符开始向左进行匹配规则.只要当前选择符的左边还有其他选择符,样式系统就会继续向左移动,直到找到和规则匹配的元素,或者因为不匹配而退出. 二.CSS选择 ...

  4. LAMP架构应用实战—Apache服务介绍与安装01

    LAMP架构应用实战—Apache服务介绍与安装01   一:Apache是什么 Apache是Apache基金会开发的一个高性能.功能强大.安全可靠.灵活的开放源码的WEB服务软件 二:Apache ...

  5. HDU 4436 str2int(后缀自动机)(2012 Asia Tianjin Regional Contest)

    Problem Description In this problem, you are given several strings that contain only digits from '0' ...

  6. await和async再学习

    await太不容易理解了,自己常常迷惑,不知道该怎么用. 文章:探索c#之Async.Await剖析 这篇文章,有一个很清晰的描述: 使用Async标记方法Async1为异步方法,用Await标记Ge ...

  7. SourceTree git的管理工具使用教程1

    1SourceTree是一个window系统下的Git管理工具 2设置Git 工具——选项——Git设置 3拷贝远程的项目 新建/克隆(输入远程项目的url地址) 4验证(填写用户信息) 工具——选项 ...

  8. Byte数据类型—Java

    字节与字符 一个英文字母(不分大小写)占一个字节的空间,一个中文汉字占两个字节,一个二进制数字序列,在计算机中作为一个数字单元,一般为8位二进制数,换算为十进制最小值为0,最大值为255. UTF-8 ...

  9. EF to linq 左连接

    如果连接的数据不存在用 null 表示,则可以左连接查询,但是如果数据类型为 int 则会出错. var ng = (from g in _db.NET_NEWS_GROUP join z in _d ...

  10. 大数据分析中Redis应用

    大数据分析中Redis 大数据时代,海量数据分析就像吃饭一样,成为了我们每天的工作.为了更好的为公司提供运营决策,各种抖机灵甚至异想天开的想法都会紧跟着接踵而来!业务多变,决定了必须每天修改系统,重新 ...