HDU 2082 母函数模板题

Posted 2020-07-02 Ritchie丶

生成函数，英文是Generating Function。恕本人不才，本文只介绍生成函数的其中一种用法。

生成函数是说，构造这么一个多项式函数g(x)，使得x的n次方系数为f(n)。

对于母函数，我看到最多的是这样两句话：

1.“把组合问题的加法法则和幂级数的乘幂对应起来。”

2.“把离散数列和幂级数一 一对应起来，把离散数列间的相互结合关系对应成为幂级数间的运算关系，最后由幂级数形式来确定离散数列的构造。 “

其实这两句话我也不算太懂。先放这里，说不定以后可能会慢慢理解吧。

 

还是先举个大牛博客中的例子吧：

有1克、2克、3克、4克砝码各一枚，问你能称出哪几种重量？每种重量各有几种方案？

下面是用母函数解决这个问题的思路：

首先，我们用X表示砝码，X的指数表示砝码的重量。那么，如果用函数表示每个砝码可以称的重量，

1个1克的砝码可以用函数X^0 + X^1表示，

1个2克的砝码可以用函数X^0 + X^2表示，

依次类推。

如果我们把上面2个多项式相乘，可以得到X^0 + X^1 + X^2 + X^3。继续把它与X^0 + X^3相乘，得到X^0 + X^1 + X^2 + 2*X^3 + X^4 + X^5 + X^6。

聪明的你，是不是发现了什么？

如果没有，接着把它与X^0+X^4相乘，最后得到X^0 + X^1 + X^2 + 2*X^3 + 2*X^4 + 2*X^5 + 2*X^6 + 2*X^7 + X^8 + X^9 + X^10。

由于X的指数表示的是重量，所以，在相乘时，根据幂的运算法则（同底幂相乘，指数相加），得到的结果正是所有的方案。而且，每个X前面的系数代表它有几种方案。

真是神奇啊。。。。

需要注意的是，如果有2个1克的砝码，应该用X^0 + X^1 + X^2表示，而不是X^0 + 2*X^1。

 

母函数还可以解决其他问题，比如，整数划分。

整数划分是个很经典的问题，划分规则就不再细述，直接说思路。与上面的问题相比，每种砝码的个数不再是1个，而是无限个。于是，

1克的砝码可以用X^0 + X^1 + X^2 + X^3 ……表示，

2克的砝码可以用X^0 + X^2 + X^4 + X^6……表示，

3克的砝码可以用X^0 + X^3 + X^6 + X^9……表示，

依次类推。

相乘后求出X^n的系数，就是结果。

 

总而言之，解决此类问题，只要模拟好2个多项式相乘就好了。

大概思路是开2个数组，c1[ ]保存当前得到的多项式各项系数，c2[ ]保存每次计算时的临时结果，当每次计算完毕后，把它赋给c1，然后c2清零。

计算的时候，开3层for循环。最外层，记录它正在与第几个多项式相乘。第二层，表示c1中的每一项，第三层表示后面被乘多项式中的每一项。

代码注释写的很详细，很容易懂。

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>

using namespace std;

const int N=50;

int c1[N+10],c2[N+10],num[30];

int main(){

    //freopen("input.txt","r",stdin);

    int t;
    scanf("%d",&t);
    while(t--){
        memset(c1,0,sizeof(c1));    //c1[ ]保存当前得到的多项式各项系数
        memset(c2,0,sizeof(c2));    //c2[ ]保存每次计算时的临时结果
        for(int i=1;i<=26;i++)
            scanf("%d",&num[i]);
        c1[0]=1;                //相当于用X^0去乘以后面的多项式 
        for(int i=1;i<=26;i++){     //要乘以26个多项式
            for(int j=0;j<=N;j++)   //c1的各项的指数
                for(int k=0;k<=num[i] && j+k*i<=N;k++)  //k*i表示被乘多项式各项的指数,(X^0*i + X^1*i + X^2*i + ……)
                    c2[j+k*i]+=c1[j];       //指数相加得j+k*i,加多少只取决于c1[j]的系数，因为被乘多项式的各项系数均为1
            for(int j=0;j<=N;j++){
                c1[j]=c2[j];
                c2[j]=0;
            }
        }
        int ans=0;
        for(int i=1;i<=N;i++)
            ans+=c1[i];
        printf("%d\n",ans);
    }
    return 0;
}