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P5748 集合划分计数

对多项式理解更近一步。

答案显然要求的就是 Bell 数,我们要求 Bell 数的封闭形式长啥样,这里给出一些不同的推导。

递推式

考察 \(b_n\) 的递推式:

\[b_n = \sum_{j = 0}^{n - 1} \binom{n - 1}{j} b_j \]

含义是钦定 \(n\) 在哪个集合里。

不如将 \(n \to n + 1\),将组合数拆开得到:

\[b_{n + 1} = \sum_{j = 0}^n \frac{n!}{(n - j)!} \frac{b_j}{j!} \]

配齐一下:

\[\frac{b_{n + 1}}{(n + 1)!} = \frac{1}{n + 1} \sum_{j = 0}^n \frac{1}{(n - j)!} \frac{b_j}{j!} \]

你发现卷积(和 \(e^x\) 卷)之后的结果乘上 \(x\) 然后除以当前次数加一,这正好符合我们对积分的定义,设 Bell 数的 EGF 为 \(B(x)\),那么两边求导:

\[B'(x) = B(x) e^x \]

\[e^x = \frac{B'(x)}{B(x)} = \ln'(B(x)) \]

然后积分:

\[e^x + C = \ln (B(x)) \]

带入 \(b_0\),即可得到 \(C = -1\),然后就有:

\[B(x) = \exp (\exp(x) - 1) \]

大功告成了。

组合意义

考察标号问题如何解决,对于一个子集合内的元素互不区分,假设目前确定了块的大小为 \(x_1, x_2, ..., x_k\),姑且看作有序,那么答案为:

\[\frac{n!}{x_1! x_2!...x_k!} \]

因此我们使用 EGF 解决标号问题,现在只关心集合大小。

考察所有全集的非空子集的 EGF,那么有:

\[F(x) = \sum_{i \ge 1} \frac{x^i}{i!} = e^x - 1 \]

考察有标号 MSET 构造,套上一个 exp 就是答案:

\[B(x) = \exp(e^x - 1) \]

第二类斯特林数

Bell 数即为第二类斯特林数-行。

http://www.jsqmd.com/news/569626/

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