生成函数

其他:

对$${1\over 1-x}=1+x+x2+x3\cdots$$
进行加减乘除求导积分,或把\(x\)代换成\(ax\)等方法得到一些奇怪的公式,参见小函数\(qwq\)
\(x\)\(-x\)则原式变为容斥形式

指数型生成函数

\(~~~~\)生成函数的每一项系数变为$$\frac {a_i}{i!}$$\(~~~~\)这样可以发现一些规律,并且在求解组合数问题时会派到用场。

生成函数解一次递推题:

step1:

\(~~~~\)设出母函数的幂级数形式,利用递推公式(左右两边相减得0)把幂级数形式乘除加减求导积分化为闭形式。

step2:

\(~~~~\)把闭形式分解成可以化成确切已知幂级数的小函数(见文章最后)加减形式,得到通项公式。

生成函数解二次递推题:

step1:

\(~~~~\)利用生成函数(大眼观察法)求出\(f(0,m)\)的通项公式(可以理解成\(f(0,m)\)\(f(0,0)\)的关系)。

step2:

\(~~~~\)固定列\(m\)(把\(m\)当作常数),求出\(f(n,m)\)\(f(0,m)\)的关系(通项公式,但是除n外,带常数m),把\(f(m,0)\)代入得\(f(n,m)\)\(f(0,0)\)的关系,即通项公式。
\(~~~~\)例题

卷积型生成函数解递推式:

递推公式大致形态:\(h_n=\sum_{i=0}^n h_i\times h_{n-i}\)

核心操作:

\(g(x)\)为其生成函数,则可得到:相邻两阶导数的关系,将生成函数幂级数形式求导带入,根据对应项相等,可得\(O(n)\)递推公式。例题

生成函数解排列组合问题:

可以求解的问题:

\(~~~~\)用一些物品组合成一个集合的方案数,对物品的选取有要求,如只能选某个数的倍数次,或不多于某个数等。

step1:

\(~~~~\)每个物品分别用指数代表贡献,系数代表方案,互斥的选取方法用+连接,不同物品乘起来。

step2:

\(~~~~\)把整个式子化成闭形式,再展开成幂级数形式,i项的系数就是组成集合有总数为i的贡献的方案数。

另一种方法:

在特殊限制下,每一个物品都有单位选取个数,且可以选无数个,那么可以设生成函数$$A(x)=\sum a_i\times x^i$$\(a_i\)表示单位选取方案数,\(m_i\)表示单位个数,那么答案生成函数

\[B(x)=\sum_{n\ge 0} A(x)^n={1\over 1-A(x)} \]

即从选几个物品的角度来看,每次从中选一个。

指数型生成函数的意义:

\(~~~~\)若求排列数,那么就要使用指数型生成函数,多项式系数仍代表组合数,数列代表排列数,最后得到一个幂级数,它的系数就是排列数。(组合数???为什么不直接除阶乘????)

秘籍\(\cdot\)小函数:

\(1\).$$\sum_{n\ge 0}x^{n} ={1 \over 1-x}$$
\(2\).$$\sum_{n\ge 0}{n+m-1\choose m-1}x^{n}=\frac 1{(1-x)^m}$$
(多个函数卷积,插板法)
\(4\).$$\sum_{n\ge 0}\frac{xn}{n!}=ex(from~taylor)$$
\(5\).$$\sum_{n\ge 1}\frac{x^n}{n}=\ln\frac{1}{1-x}$$

(一次求导才得到\(\frac 1 {1 - x}\),所以每一个都多乘了\(n\),方程的解多除一个)

\(7\).$$\sum_{0\le n\le p}xn=\frac{1-x{p+1}}{1-x}$$
(\(1\)保留本身 \(-x^{p+1}\)把他后面\(p+1\)项减掉,只有\(1\)~\(p\)没有被减)
\(10\).$$\sum_{n\ge 0}\frac{x{2n}}{(2n)!}=\frac{ex + e^{-x}}{2}(from~4)$$
\(11\).$$\sum_{n\ge 0} \frac{x^{2n + 1}}{(2n + 1)!}=\frac{e^x - e^{-x}}{2}(from~4)$$
\(12\).$$\sum_{n \ge 0}(-1){n+1}\frac{x{n}}{n}=\ln(1+x)$$

\(\frac{1}{1+x}\)求导得\(\sum_{i\ge 0}(-1)^ix^i\)由于\(\ln(1+x)\)求导一次才得\(\frac{1}{1+x}\)多乘一个\(n\),方程的解要除去且\((-1)^i\)奇偶性发生变化变成\((-1)^{i+1}\)

\(13\).$$\sum_{n\ge 0} {a\choose n}\times xn=(1+x)a (from~high-text-book)$$
\(14\).$$\sum_{n\ge 0} (x+y)^n=\frac {1}{1-x-y}(x=x+y)$$
\(3\).$$\sum_{n\ge 0}cnxn=\frac{1}{1-cx}(x=cx)$$
\(8\).$$\sum_{0\le n\le p}x^{n\times a}=\frac{1-x{a\times(p+1)}}{1-xa} (x=x^a)$$

关键:

把意义与函数指数系数对应起来。

多项式取ln

posted @ 2019-03-23 09:46  Smeow  阅读(664)  评论(0编辑  收藏  举报