C++第一类与第二类斯特林数怎么递推计算

风涛大大_7361

风涛大大_7361

2026-10-03

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第一类斯特林数递推式为 s(n,k) = s(n−1,k−1) + (n−1)·s(n−1,k),边界 s(0,0)=1,n>0时s(n,0)=0,k>n时s(n,k)=0;第二类为 s(n,k) = s(n−1,k−1) + k·s(n−1,k),边界同理。

c++第一类与第二类斯特林数怎么递推计算

第一类斯特林数的递推公式怎么写

第一类斯特林数 s(n, k)(无符号记作 c(n, k))表示将 n 个元素排成 k 个非空循环排列的方案数。它的标准递推关系是:

s(n, k) = s(n-1, k-1) + (n-1) * s(n-1, k)

边界条件为:s(0, 0) = 1,且当 n > 0 时 s(n, 0) = 0;当 k > n 时 s(n, k) = 0。

这个递推的直观解释是:第 n 个元素要么单独构成一个新循环(贡献 s(n-1, k-1)),要么插入到前 n-1 个元素已形成的任意一个循环的任意位置——共 n-1 个可插间隙(每个已有循环长度为 L 就有 L 个插入点,总和正好是 n-1),所以是 (n-1) * s(n-1, k)。

  • 用二维数组实现时注意:s[i][j] 依赖 s[i-1][j-1] 和 s[i-1][j],必须按行从小到大填
  • 若只需求单行(如所有 s(n, k) for k=0..n),可用一维滚动数组,但要从后往前更新 j,避免覆盖未使用的旧值
  • 无符号第一类斯特林数增长极快,int 很快溢出,建议用 long long 或高精度(如 __int128 在支持平台)

第二类斯特林数的递推公式怎么写

第二类斯特林数 S(n, k) 表示将 n 个**互异**元素划分为 k 个**非空无序**子集的方案数。它的标准递推式是:

S(n, k) = S(n-1, k-1) + k * S(n-1, k)

边界条件: S(0, 0) = 1,S(n, 0) = 0(n > 0),S(0, k) = 0(k > 0)。

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含义是:第 n 个元素要么自成一个新子集(对应 S(n-1, k-1)),要么加入已有的 k 个子集中的任意一个(共 k 种选择),故加 k * S(n-1, k)。

  • 同样适合二维 DP 填表;若只需第 n 行,一维数组可从后往前更新
  • S(n, k) 的最大值出现在 k ≈ n / ln 2 附近,n=50 时就超 1e15,别用 int
  • 注意和贝尔数区别:B(n) = sum_{k=0}^n S(n,k),别把求和漏掉

为什么递推时容易算错下标或初值

常见错误不是公式记错,而是初始化和索引越界。比如:

  • 把 s(0,0)=1 忘了,导致整张表全零
  • 数组开成 s[n+1][k+1] 却用 0..n-1 索引,漏掉最后一行
  • 误以为 s(1,1)=0(实际是 1),因为混淆了有符号/无符号定义(C++ 中通常用无符号版本)
  • 在循环中写 for (int j = 1; j ,但没处理 <code>j == 0 或 j > i 的边界,导致未初始化内存参与运算

建议初始化整个二维数组为 0,再显式设 s[0][0] = 1,其余靠递推生成。

C++ 实现时要注意哪些类型与性能细节

递推本身是 O(n²) 时间、O(n²) 空间,但空间可优化到 O(n)。关键实操点:

  • 别用 vector<vector long>></vector> 存大表(如 n=10000),内存爆炸;改用两行滚动数组或仅存一行
  • 若需多次查询,预计算好整个表(n ≤ 5000 可行),否则每次临时算太慢
  • 对模意义下的计算(如 MOD = 1e9+7),加法和乘法后必须取模,(n-1) * s[n-1][k] 容易溢出,应写成 1LL * (n-1) % MOD * s[n-1][k] % MOD
  • 第一类斯特林数有符号版本满足 s_signed(n,k) = (-1)^(n-k) * s_unsigned(n,k),别混用

最常被忽略的是:两种斯特林数都**不满足对称性**(即 s(n,k) ≠ s(k,n)),也不满足简单单调性,查表时务必核对 n 和 k 的大小关系。

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