标签：第二类 begin end 斯特林 sum tbinom Bmatrix frac 小记

第一类斯特林数没弄懂，先咕了。

对于第二类斯特林数记做 \(\begin{Bmatrix}n\\ m\end{Bmatrix}\)，也可记做 \(S(n,m)\)，表示将 \(n\) 个两两不同的元素，划分到 \(m\) 个互不区分的非空集合的方案数。

递推式

\[\begin{Bmatrix}n\\ m\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}n-1\\ m-1\end{Bmatrix}+\begin{Bmatrix}n-1\\ m\end{Bmatrix} \]

边界是 \(\begin{Bmatrix}n\\ 0\end{Bmatrix}=[n=0]\)

证明：

新插入一个元素时，有两种方案：

• 将新元素放进一个新集合里，方案数为 \(\begin{Bmatrix}n-1\\ m-1\end{Bmatrix}\)
• 将新元素放进一个原来有的集合里，方案数为 \(m×\begin{Bmatrix}n-1\\ m\end{Bmatrix}\)

最后用加法原理相加即可。

通项公式

\(\begin{Bmatrix}n\\ m\end{Bmatrix}=\frac{1}{m!}\sum_{i=0}^m(-1)^{m-i}\tbinom{m}{i}i^n\)

简单理解就是每次钦定有多少个集合有元素，再容斥一下解决，最后因为无序，再除以个 \(\frac{1}{m!}\)。

证明：

证明采取二项式反演，设 \(f(i)\) 为将 \(n\) 个元素划分成 \(i\) 个两两不同的集合的方案数（允许有空集），\(g(i)\) 为将 \(n\) 个元素划分成 \(i\) 个两两不同的非空集合的方案数（不允许有空集）

易得

\[f(i)=i^n\\ f(i)=\sum_{j=0}^i\tbinom{i}{j}g(j) \]

那么反演一下：

\[g(i)=\sum_{j=0}^i(-1)^{i-j}\tbinom{i}{j}f(j)\\ g(i)=\sum_{j=0}^i(-1)^{i-j}\tbinom{i}{j}j^n \]

根据定义可得 \(\frac{1}{m!}g(m)=\begin{Bmatrix}n\\ m\end{Bmatrix}\)

那么更常用的一种写法是

\[\begin{Bmatrix}n\\ i\end{Bmatrix}=\frac{1}{i!}\sum_{j=0}^i\frac{(-1)^{i-j}j^ni!}{j!(i-j)!}\\ \begin{Bmatrix}n\\ i\end{Bmatrix}=\sum_{j=0}^i\frac{(-1)^{i-j}j^n}{j!(i-j)!} \]

一种技巧就是设 \(f_i=\frac{(-1)^i}{i!}\)，\(g_i=\frac{i^n}{i!}\)，然后

\[\begin{Bmatrix}n\\ m\end{Bmatrix}=\sum_{i=0}^mf_i*g_{m-i} \]

\(NTT\) 优化一下。

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来源： https://www.cnblogs.com/nanfeng-blog/p/15233181.html

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