容斥原理

容斥原理指的是一种排重,补漏的计算思想,形式化的来说,我们有如下公式:
\[\left | \bigcup_{i=1}^nS_i \right |=\sum_{i}|S_i|-\sum_{i,j}|S_i\cap S_j|+...+(-1)^{n-1}\left | \bigcap_{i=1}^nS_i \right |\]

设\(P=\{1,2,...,n\}\),则容斥原理还有如下表现形式:
\[\left | \bigcup_{i=1}^nS_i \right |=\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\left | \bigcap_{i\in T} S_i \right |\]

运用典型

容斥原理在很多计数题中都得到了很好的运用,最经典的就是欧拉函数计算式的推导。

定理:设\(n=p_1^{a_1}\times p_2^{a_2}\times ...\times p_k^{a_k}\),则有\(\phi(n)=n\times \sum_{i=1}^k(1-\frac{1}{p_i})\)。

证明:
\(\phi(n)\)的定义为\(1-n\)的整数中与\(n\)互质的数的个数,于是所有\(p_1,p_2,...,p_k\)的倍数都不符合要求。设\(S_i\)代表\(1-n\)内\(p_i\)的倍数所组成的集合,那么可以得到:
\[\phi(n)=n-\left | \bigcup _{i=1}^kS_i \right |\]

利用容斥原理,我们可以得到:
\[\phi(n)=n-\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\left | \bigcap_{i\in T} S_i \right |\]

不难得到
\[\left | \bigcap_{i\in T} S_i \right |=\frac{n}{\prod_{i\in T}p_i}\]

于是
\[\phi(n)=n-\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\frac{n}{\prod_{i\in T}p_i}\\\phi(n)=n\times (1-\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\frac{1}{\prod_{i\in T}p_i})\]

而由多项式乘法可以得到:\[1-\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\frac{1}{\prod_{i\in T}p_i}=\sum_{i=1}^k(1-\frac{1}{p_i})\]

所以证得结论:\[\phi(n)=n\times \sum_{i=1}^k(1-\frac{1}{p_i})\]

Min-Max容斥

类似与容斥原理,我们有一种作用于最大最小值函数的容斥计算方法,称为\(\min-\max\)容斥。

仍设\(P=\{1,2,...,n\}\),则有

\[\max_{i=1}^n\{x_i\}=\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\min_{i\in T}\{x_i\}\]

普通的\(\min-\max\)容斥还有另一种很常见的形式,即\(\min-\max\)具有对称性:
\[\min_{i=1}^n\{x_i\}=\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}\max_{i\in T}\{x_i\}\]

具体证明可以参考这篇博客

运用典型

\(\min-\max\)容斥最经典的运用就是结合数学期望的线性性,在求解\(\min-\max\)期望的题目中化繁为简,灵活转换。

形象的说,在期望中,两个不相关随机变量\(A,B\)不满足:\[E(\max(A,B))=\max(E(A),E(B))\\ \ \\ E(\min(A,B))=\min(E(A),E(B))\]

但是我们可以利用\(\min-\max\)容斥在最大最小值间建立联系:

\[E(\max_{i=1}^n\{x_i\})=\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}E(\min_{i\in T}\{x_i\})\\ \ \\ E(\min_{i=1}^n\{x_i\})=\sum_{T\subseteq P}(-1)^{|T|-1}E(\max_{i\in T}\{x_i\})\]


『正睿OI 2019SC Day3』的更多相关文章

  1. 『正睿OI 2019SC Day8-Day17』

    于是就迎来\(10\)天的自闭考试了,每天写点小总结吧. Day8 第一天就很自闭啊,考题分别是数学题+建模题+图论. 前两道题都没有什么算法,但是难度还是有的,于是就做不太出来,特别是第一题.第二题 ...

  2. 『正睿OI 2019SC Day7』

    简单数论 质因子分解 素性测试 素性测试指的是对一个正整数是否为质数的判定,一般来说,素性测试有两种算法: \(1.\) 试除法,直接尝试枚举因子,时间复杂度\(O(\sqrt n)\). \(2.\ ...

  3. 『正睿OI 2019SC Day5』

    网络流 网络流的定义 一个流网络\(G=(V,E)\)为一张满足以下条件的有向图: 每一条边有一个非负容量,即对于任意\(E\)中的\((u,v)\) , 有\(c(u,v)\geq0\). 如果\( ...

  4. 『正睿OI 2019SC Day4』

    总结 今天是一场欢乐的\(ACM\)比赛,于是我队得到了全场倒数的好排名. 好吧,其实还是怪自己不能怪队友啦.对于\(ACM\),可能最主要的还是经验不足,导致比赛的时候有点紧张.虽然队友为了磕一道题 ...

  5. 『正睿OI 2019SC Day1』

    概率与期望 总结 老师上午几乎是在讲数学课,没有讲什么和\(OI\)有关的题目,所以我就做了一点笔记. 到了下午,老师讲完了有关知识点和经典模型,就开始讲例题了.前两道例题是以前就做过的,所以没有什么 ...

  6. 『正睿OI 2019SC Day6』

    动态规划 \(dp\)早就已经是经常用到的算法了,于是老师上课主要都在讲题.今天讲的主要是三类\(dp\):树形\(dp\),计数\(dp\),\(dp\)套\(dp\).其中计数\(dp\)是我很不 ...

  7. 『正睿OI 2019SC Day2』

    分治 普通分治 普通分治是指针对序列或平面问题的分治算法. 思想 普通分治的思想是指将一个序列问题或平面问题通过某种划分方式划分为若干个子问题,直到子问题规模足够小,可以直接回答,再通过合并得到原问题 ...

  8. 正睿OI DAY3 杂题选讲

    正睿OI DAY3 杂题选讲 CodeChef MSTONES n个点,可以构造7条直线使得每个点都在直线上,找到一条直线使得上面的点最多 随机化算法,check到答案的概率为\(1/49\) \(n ...

  9. 正睿OI国庆DAY2:图论专题

    正睿OI国庆DAY2:图论专题 dfs/例题 判断无向图之间是否存在至少三条点不相交的简单路径 一个想法是最大流(后来说可以做,但是是多项式时间做法 旁边GavinZheng神仙在谈最小生成树 陈主力 ...

随机推荐

  1. JMETER 生成测试报告

    JMETER测试报告样例 JMETER 提供的生成测试报告功能,能够生成漂亮的HTML测试报告. 上图是测试统计图 20个用户并发,测试时长一分钟,发起流程320次,没有出错,TPS为6.5,平均发起 ...

  2. Vim文本编辑器详细用法

    1 Vi.Vim文本编辑器 1.Vi.Vim Vi是Visual interface的简称. Vim是Vi的增强版,即Vi Improved.在后面的实例中将介绍Vim的使用. 为什么学vi? 1)所 ...

  3. CentOS 7 安装配置分布式文件系统 FastDFS 5.0.5

    前言 项目中用到文件服务器,有朋友推荐用FastDFS,所以就了解学习了一番,感觉确实颇为强大,在此再次感谢淘宝资深架构师余庆大神开源了如此优秀的轻量级分布式文件系统,本篇文章就记录一下FastDFS ...

  4. 前端性能优化 css和js的加载与执行

    一个网站在浏览器端是如何进行渲染的? html本身首先会被渲染成 DOM 树,实际上 html 是最先通过网址请求过来的,请求过来之后,html 本身会由一个字节流转化成一个字符流,浏览器端拿的就是字 ...

  5. hdu1801 01翻转 贪心

    题目描述: 对于给出的一个n*m的矩形,它由1和0构成,现在给你一个r*c的矩形空间可以选择,且可以选择无数次(被选中的范围内01翻转),要求问将这个01矩阵全部变成0的最少需要翻多少次,且如果无法实 ...

  6. python接口自动化17-multipart/form-data表单提交

    前言 multipart/form-data这种格式官方文档给的参考案例比较简单,实际情况中遇到会比较复杂,本篇讲解multipart/form-data的表单如何提交,非图片上传 禅道提交bug 1 ...

  7. MySql日期格式化(format)取值范围

  8. Windbg源代码窗口的使用

    在 WinDbg 中,源窗口显示已加载到调试器中的源文件. 如何打开源代码窗口 通过菜单File--->Open Source File打开源代码文件,窗口随之打开 通过快捷键Ctrl+O 通过 ...

  9. Guava 源码分析之Cache的实现原理

    Guava 源码分析之Cache的实现原理 前言 Google 出的 Guava 是 Java 核心增强的库,应用非常广泛. 我平时用的也挺频繁,这次就借助日常使用的 Cache 组件来看看 Goog ...

  10. Linux系统查看是32位还是64位

    uname -a 如果是64位机器,会输出x86_64