组合数

Posted 2021-03-10 transmigration-zhou

求(n!)中有多少个质因子p

方法一（非递归）

结论：(n!)中有((frac{n}{p}+frac{n}{p^2}+frac{n}{p^3}+…))个质因子p
时间复杂度：(O(logn))

int cal(int n,int p){
    int ans=0;
    while(n--){
        ans+=n/p;
        n/=p;
    }
    return ans;
}

方法二（递归）

结论：(n!)中质因子p的个数，实际上等于1~n的倍数的个数(frac{n}{p})加上(frac{n}{p}!)中质因子p的个数

int cal(int n,int p){
    if(n<p) return 0;
    return n/p+cal(n/p,p);
}

应用：(n!)的末尾有几个零即(n!)中因子(10)的个数，而这又等于(n!)中质因子(5)的个数**

组合数的计算(记录已经计算过的C(n,m))

(C_{n}^{m}=C_{n-1}^{m}+C_{n-1}^{m-1})

递归

时间复杂度：小于(O(n^2))

long long res[67][67];
long long C(long long n,long long m){
    if(m == 0 || m == n)    return 1;
    if(res[n][m] != 0)  return res[n][m];
    return res[n][m] = C(n-1,m) + C(n-1,m-1);  //赋值给res[n][m]并返回 
} 

递推 将整张表都计算出来（杨辉三角）

时间复杂度：(O(n^2))

long long res[67][67];
const int N = 60;
void calC(){
    for(int i=0;i<=N;i++){
        res[i][0] = res[i][j] = 1;  //初始化边界 
    }
    for(int i=2;i<=N;i++){
        for(int j=0;j<=i/2;j++){
            res[i][j] = res[i-1][j] + res[i-1][j-1];  //递推计算 C(i,j)
            res[i][i-j] = res[i][j];  //C(i,i-j) = C(i,j)  
        }
    }
}

通过定义式的变形来计算

时间复杂度：(O(m))

long long C(long long n,long long m){
    long long ans = 1;
    for(long long i=1;i <= m;i++){
        ans = ans * (n-m+i) / i;  //注意一定要先乘再除 
    }
    return ans;
}    

如何计算(C_{n}^{m})%p

方法一：通过递推公式计算

要求：(nleq10000,mleq10000,pleq10^9)

递归：

int  res[1010][1010] = {0};
int C(int n,int m,int p){
    if(m == 0 || m == n)    return 1;  //C(n,0) = C(n,n)=1 
    if(res[n][m] != 0)  return res[n][m];  //已经有值 
    return res[n][m] = (C(n-1,m) + C(n-1,m-1)) % p;  //赋值给res[n][m]并返回 
} 

递推：

const int N = 1010;
void calC(){
    for(int i=0;i<=N;i++){
        res[i][0] = res[i][j] = 1;//初始化边界 
    }
    for(int i=2;i<=N;i++){
        for(int j=0;j<=i/2;j++){
            res[i][j] = (res[i-1][j] + res[i-1][j-1]) % p;//递推计算 C(i,j)
            res[i][i-j] = res[i][j];//C(i,i-j) = C(i,j)  
        }
    }
}  

方法二：根据定义式计算

要求：(nleq10^6,mleq10^6,pleq10^9)
时间复杂度：(O(klogn)),其中k为不超过n的质数个数

递归：

//使用筛法得到素数表prime，注意表中最大素数不得小于n
int prime[maxn];

//计算C(n,m)%p
int C(int n,int m,int p){
    int ans = 1;
    //遍历不超过n的所有质数
    for(int i=0;prime[i] <= n;i++){
        //计算C(n,m)中prime[i]的指数c,cal(n,k)为n!中含质因子k的个数
        int c = cal(n,prime[i]) - cal(m,prime[i]) - cal(n-m,prime[i]);
        //快速幂计算prime[i]^c%p
        ans = ans * binaryPow(prime[i],c,p) % p; 
    }   
    return ans;
}    

方法三：通过定义式变形来计算

情况① (m<p)，且p是素数

要求：(nleq10^9,mleq10^5,m<pleq10^9),p是素数
时间复杂度：(O(mlogm))

int C(int n,int m,int p){
    int ans = 1;
    for(int i=1;i <= m;i++){
        ans = ans * (n-m+i) % p;
        ans = ans * inverse(i,p) % p;  //求i模p的逆元 
    }
    return ans;
}    

情况② m任意，且p是素数

要求：(nleq10^9,mleq10^5,pleq10^9),p是素数
时间复杂度：(O(mlogn))

int C(int n,int m,int p){
    //ans存放计算结果，numP统计分子中的p比分母中的p多几个
    int ans = 1,numP = 0;
    for(int i=1;i<=m;i++){
        int temp = n-m+i;  //分子
        while(temp % p == 0){  //去除分子中的所有p，同时累计numP
            numP++;
            temp /= p; 
        } 
        ans = ans * temp % p;  //乘以分子中除了p以外的部分
        
        temp = i;//分母
        while(temp % p == 0){  //去除分母中的所有p，同时减少numP
            numP--;
            temp /= p; 
        } 
        ans = ans * inverse(temp,p) % p;  //除以分母中除了p以外的部分 
    } 
    if(numP > 0)    return 0;  //分子中p的个数多于分母，直接返回0
    else    return ans;  //分子中p的个数等于分母，返回计算的结果 
} 

方法四：Lucas定理

要求：(nleq10^18,mleq10^18,pleq10^5),p是素数

int p;
int lucas(int n,int m) {
    if(m==0) return 1;
    return C(n%p,m%p)*lucas(n/p,m/p)%p; 
}