求 \(10^5\) 以内的所有贝尔数:将 \(n\) 个有标号的球划分为若干非空集合的方案数

Solution

非空集合的指数生成函数为 \(F(x)=e^x-1\)

枚举一共用多少个集合,答案就是求这些集合的组合(无顺序),于是 \(G(x)=\sum_{i=0}^{\infty} \frac{F^i(x)}{i!}=e^{F(x)}=e^{e^x-1}\)

其中,\([x^n]G(x)\) 即为将 \(n\) 个整数划分为若干个集合的方案数

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define int long long const int N=1000005; // 4 times!
const int mod=998244353,g=3; int qpow(int p,int q) {
int r = 1;
for(; q; p*=p, p%=mod, q>>=1) if(q&1) r*=p, r%=mod;
return r;
} int inv(int p) {
return qpow(p, mod-2);
} int cnt; namespace NTT {
#define pw(n) (1<<n)
const int N=1000005; // 4 times!
const int mod=998244353,g=3;
int n,m,bit,bitnum,a[N+5],b[N+5],rev[N+5];
void getrev(int l){
for(int i=0;i<pw(l);i++){
rev[i]=(rev[i>>1]>>1)|((i&1)<<(l-1));
}
}
int fastpow(int a,int b){
int ans=1;
for(;b;b>>=1,a=1LL*a*a%mod){
if(b&1)ans=1LL*ans*a%mod;
}
return ans;
}
void NTT(int *s,int op){ ++cnt;
for(int i=0;i<bit;i++)if(i<rev[i])swap(s[i],s[rev[i]]);
for(int i=1;i<bit;i<<=1){
int w=fastpow(g,(mod-1)/(i<<1));
for(int p=i<<1,j=0;j<bit;j+=p){
int wk=1;
for(int k=j;k<i+j;k++,wk=1LL*wk*w%mod){
int x=s[k],y=1LL*s[k+i]*wk%mod;
s[k]=(x+y)%mod;
s[k+i]=(x-y+mod)%mod;
}
}
}
if(op==-1){
reverse(s+1,s+bit);
int inv=fastpow(bit,mod-2);
for(int i=0;i<bit;i++)a[i]=1LL*a[i]*inv%mod;
}
}
void solve(vector <int> A,vector <int> B,vector <int> &C) {
int tar=A.size()+B.size()-1;
n=A.size()-1;
m=B.size()-1;
for(int i=0;i<=n;i++) a[i]=A[i];
for(int i=0;i<=m;i++) b[i]=B[i];
m+=n;
bitnum=0;
for(bit=1;bit<=m;bit<<=1)bitnum++;
getrev(bitnum);
NTT(a,1);
NTT(b,1);
for(int i=0;i<bit;i++)a[i]=1LL*a[i]*b[i]%mod;
NTT(a,-1);
C.clear();
for(int i=0;i<=m;i++) C.push_back(a[i]);
for(int i=0;i<=min(m*2,N-1);i++) a[i]=b[i]=0;
}
} struct poly {
vector <int> a;
void cut(int n) {
while(a.size()>n) a.pop_back();
}
poly getcut(int n) {
poly A=*this;
A.cut(n);
return A;
}
void read() {
int n;
cin>>n;
for(int i=0;i<n;i++) {
int t;
cin>>t;
a.push_back(t);
}
}
void print() {
for(int i=0;i<a.size();i++) cout<<a[i]<<" ";
cout<<endl;
}
poly operator *(int b) {
poly c=*this;
for(int i=0;i<a.size();i++) (((c.a[i]*=b)%=mod)+=mod)%=mod;
return c;
}
poly operator *(const poly &b) {
poly c;
NTT::solve(a,b.a,c.a);
return c;
}
poly operator +(poly b) {
int len=max(a.size(),b.a.size());
a.resize(len);
b.a.resize(len);
poly c;
for(int i=0;i<len;i++) c.a.push_back((a[i]+b.a[i])%mod);
return c;
}
poly operator -(poly b) {
int len=max(a.size(),b.a.size());
a.resize(len);
b.a.resize(len);
poly c;
for(int i=0;i<len;i++) c.a.push_back(((a[i]-b.a[i])%mod+mod)%mod);
return c;
}
poly getinv(poly A, int n) {
A.cut(n);
poly B;
if(n==1) {
B.a.push_back(inv(A.a[0]));
}
else {
poly Bi = getinv(A,(n-1)/2+1);
B = Bi*2 - A*Bi*Bi;
B.cut(n);
}
return B;
}
poly getinv() {
int n=a.size();
poly A=*this;
return getinv(A,n);
}
poly getderi() {
poly A=*this;
poly B;
for(int i=1;i<A.a.size();i++) B.a.push_back(A.a[i]*i%mod);
return B;
}
poly getinte() {
poly A=*this;
poly B;
B.a.push_back(0);
for(int i=0;i<A.a.size();i++) B.a.push_back(A.a[i]*inv(i+1)%mod);
return B;
}
poly getln() {
poly A=*this;
int n=a.size();
return (A.getderi()*A.getinv()).getinte().getcut(2*n);
}
poly getexp(poly A,int n) {
A.cut(n);
poly ret;
ret.a.push_back(1);
if(n>1) {
poly f0=getexp(A,(n+1)/2);
ret = f0 * (ret - f0.getln() + A);
ret.cut(n);
}
return ret;
}
poly getexp() {
int len=a.size();
a.resize(a.size()*2);
return getexp(*this,a.size()).getcut(len);
}
}; int n,a[N],finv[N],frac[N]; signed main() {
ios::sync_with_stdio(false);
int m=1e5+5;
int tmp=1;
for(int i=2;i<m;i++) tmp*=i,tmp%=mod;
finv[m-1]=inv(tmp);
for(int i=m-2;i>=1;--i) finv[i]=finv[i+1]*(i+1)%mod;
frac[0]=1;
for(int i=1;i<m;i++) frac[i]=frac[i-1]*i%mod;
poly a;
a.a.push_back(0);
for(int i=1;i<m;i++) a.a.push_back(finv[i]);
poly b=a.getexp();
int t;
//cout<<cnt<<endl;
scanf("%lld",&n);
while(n--) {
scanf("%lld",&t);
printf("%lld\n",b.a[t]*frac[t]%mod);
}
}

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