1、给出只包含'(',')','[',']'的字符串$s$,删除一些字符,使得剩下的是合法的括号。有多少种删除方法? $|s|\leq 40$
思路:左括号和右括号较少的一种不会大于20。假设左括号少。设$f[i][mask][k]$表示处理了前$i$个字符,其中留下的字符以$k$开头($k=0$表示'(',$k=1$表示'['),且所有留下的字符状态为$mask$,($mask$的最高位为1,其他位为0表示另一种括号,否则表示跟最高位相同的符号)。
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2、给定$n,m$,$n$个数字的排列有$n!$种,设其中某一种为$P_{i}$,设$P_{i}$中循环的个数$f(P_{i})=t_{i}$,那么$P_{i}$对答案的贡献为$t_{i}^{m}$。设所有排列的集合为$S$,计算$\sum_{P_{i}\in S}f(P_{i})^{m}$。$1\leq n\leq 100000,0\leq m\leq 300$
思路:给出一些定义:
(1)第一类斯特灵数:$s(n,k)$,表示将$n$个元素排列成$k$个轮换的个数,递推公式:$s(n,k)=(n-1)s(n-1,k)+s(n-1,k-1),n>0$
(2)第二类斯特灵数:$S(n,k)$,表示将$n$个元素分成$k$个非空集合的方案数,递推公式:$S(n,k)=k*S(n-1,k)+S(n-1,k-1),n>0$
(3)$x^{n}=\sum_{k=0}^{n}S(n,k)x(x-1)...(x-k+1),n\geq 0$.这个可以用数学归纳法证明。
(4)$x(x+1)...(x+n-1)=\sum_{k=0}^{n}s(n,k)x^{k},n\geq 0$.这个可以用数学归纳法证明。
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现在回到题目。需要求的是$ans=\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k^{m}$,借助上面第(3)个公式得到:
$ans=\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k^{m}$
$=\sum_{k=0}^{n}s(n,k)\sum_{t=0}^{m}S(m,t)k(k-1)...(k-t+1)$
$=\sum_{t=0}^{m}S(m,t)\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k(k-1)...(k-t+1)$
现在考虑 $\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k(k-1)...(k-t+1)$
对公式(4)两端求$t$阶导数得到:$(x(x+1)...(x+n-1))^{(t)}=\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k(k-1)...(k-t+1)x^{k-t}$.
如果令$x=1$就得到了$\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k(k-1)...(k-t+1)$。
现在就是需要计算$(x(x+1)...(x+n-1))^{(t)}_{x=1}$的值。
令$u=x-1$,那么就是求$((u+1)(u+2)...(u+n))^{(t)}_{u=0}$的值。
$(u+1)(u+2)...(u+n)=a_{n,0}+a_{n,1}u+...+a_{n,t}u^{t}+...+a_{n,n}u^{n}$
现在只需要计算出$a_{n,t}$即可,那么$\sum_{k=0}^{n}s(n,k)k(k-1)...(k-t+1)=a_{n,t}*t!$
下面用数学归纳法证明:$a_{n,t}=s(n+1,t+1)$.
(1)假设$t$固定,小于等于$n-1$时均成立;即$a_{n-1,t}=s(n,t+1)$.
(2)对于$(u+1)(u+2)...(u+n)中$中$u_{t}$的系数的所有项是由$n$项中选出$n-t$项的乘积组成的。那么如果某一项乘积包含$n$时,就是$n*a_{n-1,t}=n*s(n,t+1)$;如果不包含$n$,那么就是由$[1,n-1]$中任意选出$n-t$项,这其实就是$a_{n-1,t-1}=s(n,t)$。
所以$(u+1)(u+2)...(u+n-1)$中$u_{t}$的系数$a_{n,t}=n*s(n,t+1)+s(n,t)=s(n+1,t+1)$.
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