Summary -「Combinatorics」2

cirnovsky /

对于 Newton Expansion,式子本身的证明其实无甚可翻新的花样,但是题还是很有意思的。比如 codeforces - 1332E Height All the Same 这个。

首先给出几个性质:每个 cell 上的数字奇偶性才是需要关注的;如果 n×mn\times m 为奇数,永远有解;如果 n×mn\times m 为偶数,当 ai,jmod2\sum\sum a_{i,j}\bmod2 为偶数时有解。应该都不需要证明。

奇数的答案不赘,我们可以写出偶数的答案式子:i=0nm2a2ibnm2i(nm2i)\displaystyle\sum_{i=0}^{\lfloor\frac{nm}{2}\rfloor}a^{2i}b^{nm-2i}\binom{nm}{2i}a,ba,b 分别是 [l,r][l,r] 中偶 / 奇的数量。然后你注意这个式子长得很像 Newton Expansion 的形式,容易构造出答案为 (a+b)nm+(a+b)nm2\frac{(a+b)^{nm}+(a+b)^{nm}}{2}


我们来看几个一般的组合恒等式。

  1. (nk)=nk(n1k1)\displaystyle\binom{n}{k}=\frac{n}{k}\binom{n-1}{k-1}
  2. (nk)=(n1k1)+(n1k)\displaystyle\binom{n}{k}=\binom{n-1}{k-1}+\binom{n-1}{k}
  3. k=0nk(nk)=n2n1\displaystyle\sum_{k=0}^nk\binom{n}{k}=n2^{n-1}
  4. k=0nk2(nk)=n(n+1)2n2\displaystyle\sum_{k=0}^{n}k^2\binom{n}{k}=n(n+1)2^{n-2}
  5. l=0n(lk)=(n+1k+1)k=0n(r+kk)=(r+n+1r+1)=(r+n+1n)\displaystyle\sum_{l=0}^n\binom{l}{k}=\binom{n+1}{k+1}\Longrightarrow\sum_{k=0}^n\binom{r+k}{k}=\binom{r+n+1}{r+1}=\binom{r+n+1}{n}
  6. (nk)=(1)k(kn1k)\displaystyle\binom{n}{k}=(-1)^k\binom{k-n-1}{k}
  7. k=0m(1)k(nk)=(1)m(n1m)\displaystyle\sum_{k=0}^m(-1)^k\binom{n}{k}=(-1)^m\binom{n-1}{m}
  8. (nr)(rk)=(nk)(nkrk)\displaystyle\binom{n}{r}\binom{r}{k}=\binom{n}{k}\binom{n-k}{r-k}
  9. k=0r(mk)(nrk)=(m+nr)\displaystyle\sum_{k=0}^r\binom{m}{k}\binom{n}{r-k}=\binom{m+n}{r};(Vandermonde Convolution)

我们一个一个的来看。

  1. 这个我无法找到除了代数解释以外的方法来诠释它的含义;
  2. 经典的 Pascal's Formula,组合意义即钦定一个物品不选。适用场景很多,经常反过来用;
  3. 带权变下项求和,考虑这样的组合意义:在 nn 个物品中选出 kk 个,再从这 kk 个物品中选出一个组成 1-tuples 的方案数。对应到 r.h.s.,反过来钦定 1-tuples,然后计算系数。
  4. 同理,组合意义即在 nn 个物品中选出 kk 个,再从这 kk 个物品中可重地选出两个物品组成无序 2-tuples 的方案数。对应到 r.h.s.,反过来钦定 2-tuples,再考虑系数。需要分类讨论,当选出的物品不相同,为 n(n1)2n2n(n-1)2^{n-2},当相同时,为 n22n1n^22^{n-1},加在一起即 n(3n1)2n2n(3n-1)2^{n-2}
  5. 变上项求和,考虑 n+1n+1 个物品,每次钦定第 1,2,,n+11,2,\dots,n+1 个不选,左右两式即相等,例题 codechef - CSEQ Count Sequences
  6. 这个式子我理解不能,但是运算有封闭性,再算一次可以变回去。
  7. 用式 6,得 k=0m(1)k(nk)=k=0m(kn1k)=k=0m(kn1)\displaystyle \sum_{k=0}^m(-1)^k\binom{n}{k}=\sum_{k=0}^m\binom{k-n-1}{k}=\sum_{k=0}^m\binom{k-n-1}{} 🕊。
  8. 组合意义:{an}\{a_{n}\}rr-subsets 的 kk-subsets 数,r.h.s. 即在 {an}\{a_n\} 中选出 kk-subsets,再在 ank-subsets{a_n}\setminus k\text{-subsets} 中选 rkr-k-subsets。
  9. l.h.s. 和 r.h.s. 的意义都是 {am+n}\{a_{m+n}\}rr-subsets 数。

来看一些题。

  • 「acmhdu - 5794」A Simple Chess link:首先注意到这个走路的方式就是象棋马走日,然后做一个像 codeforces - 559C Gerald and Giant Chess 一样的 dp,有些细节需要注意。
  • 「codeforces - 839D」Winter is here link:数数日门题。考虑反过来算每种 gcd\gcd 的贡献次数。