母函数

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。

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。

现在以上面的第二种情况每种种类个数无限为例,给出模板:

/*
n表示要求的x^n的系数
所以大于n的x^n+1就不用求了 
k+=i i表示每个括号里面x次数的递增次数 
c2[j+k] += c1[j] 表示 括号和括号里面的函数相乘x的j+k次数的值
因为函数相乘j+k的次数会出现多次所以用+=;
c2用来存储的临时变量 
下面代码为无限性
 
*/
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
using namespace std;
int c1[1000], c2[1000]; 
int main() {
  int n;
  scanf("%d", &n);
  for (int i = 0; i <= n; i++) {//第一个括号里面函数的系数 
  	c1[i] = 1;
  	c2[i] = 0;
	}
	for (int i = 2; i <= n; i++){
	 //从第二个括号里面开始 第一个函数和第二个函数合并
	  for (int j = 0; j <= n; j++) {//j表示函数的项 
	  	for(int k = 0; j+k<=n; k+=i) {
	  		c2[j+k] += c1[j]; 
			} 
		}
		for(int j = 0; j <= n; j++) {
			c1[j] = c2[j];
			c2[j] = 0;
		} 
	}
	printf("%d
", c1[n]); 
	 
}

 例题

   hdu

  http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1398 

http://www.cnblogs.com/a863886199/p/7818960.html

http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1085

http://www.cnblogs.com/a863886199/p/7818963.html

http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2189

 http://www.cnblogs.com/a863886199/p/7818955.html

http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1028

http://www.cnblogs.com/a863886199/p/7818953.html

转载:

http://blog.csdn.net/vsooda/article/details/7975485

原文地址:https://www.cnblogs.com/a863886199/p/7816470.html