组合数学学习笔记

发布时间 2023-09-25 20:32:46作者: lalaouye

这是一位数学小萌新看 oi-wiki 的一点点收获。

二项式定理

二项式定理是组合数学中很基础且很重要的定理,它的式子为:

\((a+b)^n= \sum_{i=0}^n \binom{n}{i} a^i b^{n-i}\)

可以通过归纳法剖析 \((a+b)^n\) 的过程证明其正确性。

范德蒙德卷积:

\(\large \sum_{i=0}^k \binom{n}{i} \binom{m}{k-i}=\binom{n+m}{k}\)

证明就可以用二项式定理,可参考 oi-wiki。

推论 1:

\(\large \sum_{i=-r}^s \binom{n}{r+i}\binom{m}{s-i}=\binom{n+m}{r+s}\)

证明:

\(i\)\(0\) 开始就能转化到范德蒙德卷积的基本形式。

推论 2:

\(\large\sum_{i=1}^n \binom{n}{i}\binom{n}{i-1}=\binom{2n}{n-1}\)

证明:

\(\large\sum_{i=1}^n \binom{n}{i}\binom{n}{i-1}=\sum_{i=0}^{n-1} \binom{n}{i}\binom{n}{i+1}= \sum_{i=0}^{n-1} \binom{n}{i}\binom{n}{n-i-1}=\binom{2n}{n-1}\)

考虑组合的意义,将 \(2n\) 个球分成两组再选等价于直接从 \(2n\) 个球里面选,所以

\(\large \sum_{i=0}^{n-1} \binom{n}{i}\binom{n}{n-i-1}=\binom{2n}{n-1}\)

CF785D

我们考虑枚举每一个中间点算贡献,对于任意一个中间位置 \(i\)

\(\large \sum_{k=1}^n \binom{pre_i}{k}\binom{suf_i}{k}\)

\(pre,suf\) 分别表示左括号的前缀和,右括号的后缀和。

但是发现会出现重复的子序列,那么我们如果遇到一个左括号就定它是最后一个左括号,遇到一个右括号就定它为第一个右括号,但是发现子序列的唯一性,只需要枚举最后一个左括号就行了,那么对于任意的位置 \(i\) 对答案的贡献,有

\(\large \sum_{k=1}^n \binom{pre_{i-1}}{k-1}\binom{suf_{i+1}}{k}\)

我们将式子变为

\(\large \sum_{k=1}^n \binom{pre_{i-1}}{pre_{i-1}-k+1}\binom{suf_{i+1}}{k}\)

通过考虑其组合意义(卷积)可以发现这个式子的贡献就是 \(\dbinom{pre_{i-1}+suf{i+1}}{pre_{i-1}+1}\),于是本题解决。

第二类斯特林数

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