• 母函数讲解


    其实挺无聊的一个东西,随便看看做两道题。题目可以看看HDU-1085,HDU-1398

    转载自:Tanky Woo

    在数学中,某个序列的母函数(Generating function,又称生成函数)是一种形式幂级数,其每一项的系数可以提供关于这个序列的信息。使用母函数解决问题的方法称为母函数方法。

    母函数可分为很多种,包括普通母函数指数母函数、L级数、贝尔级数和狄利克雷级数。对每个序列都可以写出以上每个类型的一个母函数。构造母函数的目的一般是为了解决某个特定的问题,因此选用何种母函数视乎序列本身的特性和问题的类型。

    这里先给出两句话,不懂的可以等看完这篇文章再回过头来看:

    1.“把组合问题的加法法则和幂级数的乘幂对应起来”

    2.“母函数的思想很简单 — 就是把离散数列和幂级数一 一对应起来,把离散数列间的相互结合关系对应成为幂级数间的运算关系,最后由幂级数形式来确定离散数列的构造. “

    我们首先来看下这个多项式乘法:

    母函数图(1)

    由此可以看出:

    1.x的系数是a1,a2,…an 的单个组合的全体。

    2. x^2的系数是a1,a2,…a2的两个组合的全体。

    ………

    n. x^n的系数是a1,a2,….an的n个组合的全体(只有1个)。

    进一步得到:

    母函数图(2)

    母函数的定义

    对于序列a0,a1,a2,…构造一函数:

    母函数图(3)

    称函数G(x)是序列a0,a1,a2,…的母函数。

    这里先给出2个例子,等会再结合题目分析:

    第一种:

    有1克、2克、3克、4克的砝码各一枚,能称出哪几种重量?每种重量各有几种可能方案?

    考虑用母函数来解决这个问题:

    我们假设x表示砝码,x的指数表示砝码的重量,这样:

    1个1克的砝码可以用函数1+1*x^1表示,

    1个2克的砝码可以用函数1+1*x^2表示,

    1个3克的砝码可以用函数1+1*x^3表示,

    1个4克的砝码可以用函数1+1*x^4表示,

    上面这四个式子懂吗?

    我们拿1+x^2来说,前面已经说过,x表示砝码,x的指数表示砝码的重量!初始状态时,这里就是一个质量为2的砝码。

    那么前面的1表示什么?按照上面的理解,1其实应该写为:1*x^0,即1代表重量为2的砝码数量为0个。

    所以这里1+1*x^2 = 1*x^0 + 1*x^2,即表示2克的砝码有两种状态,不取或取,不取则为1*x^0,取则为1*x^2

    不知道大家理解没,我们这里结合前面那句话:

    “把组合问题的加法法则和幂级数的乘幂对应起来“

    接着讨论上面的1+x^2,这里x前面的系数有什么意义?

    这里的系数表示状态数(方案数)

    1+x^2,也就是1*x^0 + 1*x^2,也就是上面说的不取2克砝码,此时有1种状态;或者取2克砝码,此时也有1种状态。(分析!)

    所以,前面说的那句话的意义大家可以理解了吧?

    几种砝码的组合可以称重的情况,可以用以上几个函数的乘积表示:

    (1+x)(1+x^2)(1+x^3)(1+x^4)

    =(1+x+x^2+x^4)(1+x^3+^4+x^7)

    =1 + x + x^2 + 2*x^3 + 2*x^4 + 2*x^5 + 2*x^6 + 2*x^7 + x^8 + x^9 + x^10

    从上面的函数知道:可称出从1克到10克,系数便是方案数。(!!!经典!!!)

    例如右端有2^x^5 项,即称出5克的方案有2种:5=3+2=4+1;同样,6=1+2+3=4+2;10=1+2+3+4。

    故称出6克的方案数有2种,称出10克的方案数有1种 。


    接着上面,接下来是第二种情况:

    第二种:

    求用1分、2分、3分的邮票贴出不同数值的方案数:

    大家把这种情况和第一种比较有何区别?第一种每种是一个,而这里每种是无限的。

    母函数图(4)

    以展开后的x^4为例,其系数为4,即4拆分成1、2、3之和的拆分方案数为4;

    即 :4=1+1+1+1=1+1+2=1+3=2+2

    这里再引出两个概念"整数拆分"和"拆分数":

    所谓整数拆分即把整数分解成若干整数的和(相当于把n个无区别的球放到n个无标志的盒子,盒子允许空,也允许放多于一个球)。

    整数拆分成若干整数的和,办法不一,不同拆分法的总数叫做拆分数。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zarth/p/7345932.html
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