母函数

简介: 生成函数,英文是Generating Function。恕本人不才,本文只介绍生成函数的其中一种用法。 生成函数是说,构造这么一个多项式函数g(x),使得x的n次方系数为f(n)。 对于母函数,我看到最多的是这样两句话: 1.“把组合问题的加法法则和幂级数的乘幂对应起来。

生成函数,英文是Generating Function。恕本人不才,本文只介绍生成函数的其中一种用法。

生成函数是说,构造这么一个多项式函数g(x),使得x的n次方系数为f(n)。

对于母函数,我看到最多的是这样两句话:

1.“把组合问题的加法法则和幂级数的乘幂对应起来。”

2.“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。 “

其实这两句话我也不算太懂。先放这里,说不定以后可能会慢慢理解吧。

 

还是先举个大牛博客中的例子吧:

有1克、2克、3克、4克砝码各一枚,问你能称出哪几种重量?每种重量各有几种方案?

下面是用母函数解决这个问题的思路:

首先,我们用X表示砝码,X的指数表示砝码的重量。那么,如果用函数表示每个砝码可以称的重量,

1个1克的砝码可以用函数X^0 + X^1表示,

1个2克的砝码可以用函数X^0 + X^2表示,

依次类推。

如果我们把上面2个多项式相乘,可以得到X^0 + X^1 + X^2 + X^3。继续把它与X^0 + X^3相乘,得到X^0 + X^1 + X^2 + 2*X^3 + X^4 + X^5 + X^6。

聪明的你,是不是发现了什么?

如果没有,接着把它与X^0+X^4相乘,最后得到X^0 + X^1 + X^2 + 2*X^3 + 2*X^4 + 2*X^5 + 2*X^6 + 2*X^7 + X^8 + X^9 + X^10。

由于X的指数表示的是重量,所以,在相乘时,根据幂的运算法则(同底幂相乘,指数相加),得到的结果正是所有的方案。而且,每个X前面的系数代表它有几种方案。

真是神奇啊。。。。

需要注意的是,如果有2个1克的砝码,应该用X^0 + X^1 + X^2表示,而不是X^0 + 2*X^1。

 

母函数还可以解决其他问题,比如,整数划分。

整数划分是个很经典的问题,划分规则就不再细述,直接说思路。与上面的问题相比,每种砝码的个数不再是1个,而是无限个。于是,

1克的砝码可以用X^0 + X^1 + X^2 + X^3 ……表示,

2克的砝码可以用X^0 + X^2 + X^4 + X^6……表示,

3克的砝码可以用X^0 + X^3 + X^6 + X^9……表示,

依次类推。

相乘后求出X^n的系数,就是结果。

 

总而言之,解决此类问题,只要模拟好2个多项式相乘就好了。

大概思路是开2个数组,c1[ ]保存当前得到的多项式各项系数,c2[ ]保存每次计算时的临时结果,当每次计算完毕后,把它赋给c1,然后c2清零。

计算的时候,开3层for循环。最外层,记录它正在与第几个多项式相乘。第二层,表示c1中的每一项,第三层表示后面被乘多项式中的每一项。

今天南阳出太阳了,祥兆啊,加油。

 

附三道题目及代码:

http://blog.csdn.net/dgq8211/article/details/7386274

http://blog.csdn.net/dgq8211/article/details/7386443

http://blog.csdn.net/dgq8211/article/details/7387013

目录
相关文章
|
2月前
|
算法 安全 Java
非启发式算法——中国剩余定理
非启发式算法——中国剩余定理
48 0
|
5月前
数论——高斯消元
数论——高斯消元
34 0
|
8月前
|
人工智能 算法
算法提高:组合数学| 容斥原理常见应用
容斥原理常见的问题如下。 (1) 篮球、羽毛球、网球三种运动,至少会一种的有22人,会篮球的有15人,会羽毛球的有17人,会网球的有12人,既会篮球又会羽毛球的有11人,既会羽毛球又会网球的有7人,既会篮球又会网球的有9人,那么三种运动都会的有多少人? (2) 《西游记》《三国演义》《红楼梦》三大名著,至少读过其中一本的有20人,读过《西游记》的有10人,读过《三国演义》的有12人,读过《红楼梦》的有15人,读过《西游记》《三国演义》的有8人,读过《三国演义》《红楼梦》的有9人,读过《西游记》《红楼梦》的有7人。问三本书全都读过的有多少人?
100 0
算法提高:组合数学| 容斥原理常见应用
|
8月前
|
机器学习/深度学习 算法
算法提高:组合数学| 卡特兰数的实现
卡特兰数列是组合数学中在各种计数问题中常出现的数列,其前几项为1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012…… 卡特兰数首先是由欧拉在计算对凸n边形的不同的对角三角形剖分的个数问题时得到的,即在一个凸n边形中,通过不相交于n边形内部的对角线,把n边形拆分成若干三角形,不同的拆分数用Hn表示,Hn即卡特兰数。
81 0
算法提高:组合数学| 卡特兰数的实现
|
存储 算法 图计算
数学知识:容斥原理
复习acwing算法基础课的内容,本篇为讲解数学知识:容斥原理,关于时间复杂度:目前博主不太会计算,先鸽了,日后一定补上。
80 0
数学知识:容斥原理
|
算法
数学知识:中国剩余定理
复习acwing算法基础课的内容,本篇为讲解数学知识:中国剩余定理,关于时间复杂度:目前博主不太会计算,先鸽了,日后一定补上。
119 0
数学知识:中国剩余定理
Indivisibility——容斥原理的应用
题目描述 给一个数n,找出1 ~ n 范围内不被 2 ~ 10整除的数的个数
80 0
母函数应用
砝码称重   有了对母函数的一般认识后,我们可以用它来解决一些简单的计数问题,比如说下面这道题:我们有1,2,3,4g四个砝码,一共可以称出多少种重量;而且,对于某一个重量,共有多少种称法?这个可以直接用母函数求解,1g的对应1+x,2g的对应1+x2,以此类推。
1354 0
|
机器学习/深度学习
牛顿迭代法
牛顿迭代法(Newton's method)又称为牛顿-拉夫逊(拉弗森)方法(Newton-Raphson method),它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。 牛顿迭代公式     设r是\(f(x)=0\)的根,选取\(x_0\)作为r的初始近似值,过点\((x_0,f(x_0))\) ,做曲线 \(y=f(x)\)的切线L,L的方程为\(y=f(x_0)+f’(x_0)(x-x_0)\) ,求出L与x轴交点的横坐标 \[x_1=x_0-\frac{f(x_0)}{f’(x_0)}\]     称\(x_1\)为r的一次近似值。
1960 0