数论算法-组合计数基础-组合数

数论算法-组合计数基础-组合数,第1张

组合数是数学的重要概率。

从a个物品中选出b个物品的所有方案数记为。

由于在编程中b,a的数据范围不同我们可以采取不同的方法解决问题。

数据范围较小时,可以直接用递推解决。

递推式:

为什么会有这个递推式呢,可以用动态规划考虑最后一步,从a个物品中选b个物品,对于最后一个物品b,假设我们选,则需要从前a-1个选b-1个,不选则应该从前a-1个选b个。

 

代码:

#include

using namespace std;

const int mod=1e9+7;

typedef long long ll;

ll c[2005][2005];

void init(){
     for(int i=0;i<=2000;i++){
        for(int j=0;j<=i;j++)
        {
            if(!j)c[i][j]=1;
            else c[i][j]=(c[i-1][j-1]+c[i-1][j])%mod;
        }
    }
    return;
}
int main(){
    int n;
    
    cin>>n;

    while(n--){
        int a,b;
        cin>>a>>b;
        cout<

当数据范围扩大又该怎么做呢

 

 此时有一万组询问,a,b范围位1e5。

此时我们应该用更快的方法。

由,我们可以预处理出阶乘,然后用o(1)的时间复杂度解决询问。

由于需要对除数取模,因此求出逆元代替除数。

#include

using namespace std;

const int N=1e5+10,mod=1e9+7;

typedef long long ll;

ll fact[N],infact[N];

ll qmi(ll a,ll b,ll p){
    ll res=1;
    while(b){
        if(b&1)res=res*a%p;
        b>>=1;
        a=a*a%p;
    }
    return res;
}

int main() {
    fact[0]=infact[0]=1;
    
    for(int i=1;i>n;
    
    while(n--){
        int a,b;
        cin>>a>>b;
        cout<

lucas定理:

若p是质数,则对于任意整数1<=m<=n,

即把a,b看成p进制数,对每一位求组合数再相乘得到ans。

#include
using namespace std;
const int N=1e5+10,mod=1e9+7;
typedef long long ll;
int p;
ll qmi(ll a,ll k){
    ll res=1;
    while(k){
        if(k&1)res=res*a%p;
        a>>=1;
        a=a*a%p;
    }
    return res;
} 
ll C(ll a,ll b){
    ll res=1;
    for(int i=1,j=a;i<=b;j--,i++){
        res=res*j%p;
        res*res*qmi(i,p-2)%p;
    }
    return res;
}
ll lucas(ll a,ll b){
    if(a>n;
    while(n--){
        ll a,b;
        cin>>a>>b;
        cout<

当运算过程不取模时结果会很大此时要用到高精度

我们可以将阶乘分解质因数,再将质因数相乘得到答案。

#include 
#include 
#include 

using namespace std;


const int N = 5010;

int primes[N], cnt;
int sum[N];
bool st[N];


void get_primes(int n)  //线性筛
{
    for (int i = 2; i <= n; i ++ )
    {
        if (!st[i]) primes[cnt ++ ] = i;
        for (int j = 0; primes[j] <= n / i; j ++ )
        {
            st[primes[j] * i] = true;
            if (i % primes[j] == 0) break;
        }
    }
}


int get(int n, int p)  //求阶乘的质因数p的个数
{
    int res = 0;
    while (n)
    {
        res += n / p;
        n /= p;
    }
    return res;
}


vector mul(vector a, int b)  //高精乘
{
    vector c;
    int t = 0;
    for (int i = 0; i < a.size(); i ++ )
    {
        t += a[i] * b;
        c.push_back(t % 10);
        t /= 10;
    }
    while (t)
    {
        c.push_back(t % 10);
        t /= 10;
    }
    return c;
}


int main()
{
    int a, b;
    cin >> a >> b;

    get_primes(a);

    for (int i = 0; i < cnt; i ++ )
    {
        int p = primes[i];
        sum[i] = get(a, p) - get(a - b, p) - get(b, p);
    }

    vector res;

    res.push_back(1);

    for (int i = 0; i < cnt; i ++ )
        for (int j = 0; j < sum[i]; j ++ )  //sum[i]个p
            res = mul(res, primes[i]);

    for (int i = res.size() - 1; i >= 0; i -- ) printf("%d", res[i]);
    
    return 0;
}

卡特兰数问题引入:

问题 :n个0和n个1,它们将按照某种顺序排成长度为2n的序列,求它们能排列成的所有序列中,能够满足任意前缀序列中0的个数都不少于1的个数的序列有多少个。

建立笛卡尔坐标系,设0代表右走一步,1代表向上走。

原来的问题对应不能走过红线。

用总的方案减去不合法方案为所求。

终点为(n,n),总方案为。

不合法方案必然经过y=x+1,取第一个经过y=x+1的点,令后面的线段对y=x+1做轴对称,终点为(n+1,n-1).任意一条从(0,0)到(n+1,n-1)的路径都对应一条不合法方案。

即。

 

 因此答案为,化简得 。

#include 

using namespace std;

typedef long long ll;

const int N = 200010, mod = 1e9 + 7;

int n;
int fact[N], infact[N];

int ksm(int a, int k) {
    int res = 1;
    while (k) {
        if (k & 1) res = (ll)res * a % mod;
        a = (ll)a * a % mod;
        k >>= 1;
    }
    return res;
}

void init() {
    fact[0] = infact[0] = 1;
    for (int i = 1; i < N; i++) {
        fact[i] = (ll)fact[i - 1] * i % mod;
        infact[i] = (ll)infact[i - 1] * ksm(i, mod - 2) % mod;
    }
}

int main() {
    init();
    cin >> n;
    int res = (ll)fact[2 * n] * infact[n] % mod * infact[n] % mod * ksm(n + 1, mod - 2) % mod;
    cout << res << endl;
    return 0;
}

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原文地址:https://54852.com/langs/662084.html

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