0%

WC2019 数树

《从数树开始的数数生活》

求 ∑T1∑T2yn−∣T1∩T2∣\sum\limits_{T_1}\sum\limits_{T_2} y^{n-|T_1 \cap T_2|} T1,T2T_1,T_2 是两个树的边集, $OP $ 为 0,1,20,1,2 分别是给出两棵树,给出一颗树和不给出树

upd : 可能有 y,y−1y,y^{-1} 混用的问题,结合上下文大概能知道啥意思

OP = 0

开个 set 即可

OP = 1

我们先钦定选取了集合 EE 作为交集

”答案“为 ∑Eyn−∣E∣F(E)\sum\limits_{E} y^{n-|E|} F(E) F(E)F(E) 为交集为 EE 的方案数,当然这个 EE 是至少的交集,还需要容斥

考虑如果我们选取了某些边,那么原树一定会被分割成几个连通块,我们需要求出这几个连通块连成一个树的方案数

假设分割成了 mm 个连通块,可知答案为nm−2∏sizin^{m-2}\prod \rm{siz}_i

把连通块看成一个点,从 purfer 序列的角度考虑,一个出现了 did_i 次的点在原图中度数为 di+1d_i+1

那么连通块之间可以连边,贡献就是 sizidi+1\rm {siz}_i^{d_i+1}

那么枚举 purfer 序列,就是 ∑∑di=m−2m!∏i=1mdi!∏sizidi+1\sum \limits_{\sum d_i=m-2}\dfrac{m!}{\prod\limits_{i=1}^{m} d_i!} \prod\mathrm{siz}_i^{d_i+1}

=m!∑∑di=m−2∏i=1msizidi+1di!=m!\sum\limits_{\sum d_i = m-2} \prod\limits_{i=1}^{m}\dfrac{\mathrm {siz}_i^{d_i+1}}{d_i!}

=m!∏_i=1msizidi∑_∑di=m−2∏siz_ididi!=m!\prod\limits\_{i=1}^{m}\mathrm{siz}_i^{d_i}\sum\limits\_{\sum d_i =m-2}\prod \dfrac{\mathrm{siz}\_i^{d_i}}{d_i!}

考虑 ∑∑di=m−2\sum\limits_{\sum d_i =m-2} 这个条件,如果我们给后面的 ∏\prod 加一个占位的 xix^i 那么就是提取了 m−2m-2 项的系数

那么设 Gk(x)=∑sizkii!xi=esizkxG_k(x)=\sum \dfrac{\mathrm{siz}_{k}^i}{i!}x^i=e^{\mathrm{siz}_kx}

那么 ∏Gk(x)=exp⁡{∑sizi}=en\prod G_k(x) = \exp \{ \sum \mathrm{siz}_i \}=e^n

那么原式为 m!∏sizi[xm−2]en=nm−2∏sizim!\prod \mathrm{siz}_i[x^{m-2}]e^n=n^{m-2}\prod \mathrm{siz}_i

答案为 ∑_Eyn−∣E∣F(E)=∑_Eyn−∣E∣nn−∣E∣−2∏sizi=ynnn−2∑_E(yn)−∣E∣∏sizi\sum\limits\_{E} y^{n-|E|}F(E) = \sum\limits\_{E}y^{n-|E|}n^{n-|E|-2}\prod \mathrm{siz}_i=y^nn^{n-2}\sum\limits\_{E}{(yn)}^{-|E|}\prod \mathrm{siz}_i

枚举边集和容斥都是指数级的,先解决枚举的问题

考虑比较麻烦的 $ \prod \mathrm{siz}_i $ ,可以组合意义理解为每个连通块选一个点的方案数,那么设 dpx,0/1dp_{x,0/1} 表示以 xx 为根的子树连通块,是否已经选点的方案数乘上贡献

那么枚举当前边在不在 EE 中然后 dp 即可做到线性

具体的有

当边 (x,v)(x,v) 在 EE 中时,有

dpx,0←dpx,0×dpv,0×(yn)−1dp_{x,0} \gets dp_{x,0} \times dp_{v,0} \times (yn)^{-1}

dpx,1←(dpx,1×dpv,0+dpx,0×dpv,1)×(yn)−1dp_{x,1} \gets (dp_{x,1} \times dp_{v,0}+dp_{x,0}\times dp_{v,1}) \times (yn)^{-1}

否则,有

dpx,0←dpx,0×dpv,1dp_{x,0} \gets dp_{x,0} \times dp_{v,1}

dpx,1←dpx,1×dpv,1dp_{x,1} \gets dp_{x,1}\times dp_{v,1}

dp1,1dp_{1,1} 即所求

然后是容斥的解决,考虑我们枚举的集合最终的真重合的边集 SS ,那么实际上它会被算 (∣S∣∣E∣)\binom{|S|}{|E|} 次,那么因为我们枚举了所有的子集,所以他被算的答案就是 ∑i=0∣S∣(∣S∣i)yi=(y+1)∣S∣\sum\limits_{i=0}^{|S|}\binom{|S|}{i}y^i=(y+1)^{|S|} 所以只要令 y→y−1y \to y-1 就可以得到正确的贡献

OP = 2

继续考虑一棵树的做法,设 F(E)=nn−∣E∣−2∏siziF(E)=n^{n-|E|-2}\prod \mathrm{siz}_i 即方案数

因为两个树都没有,所以只要枚举交集就可以生成出两个树 即 ∑Eyn−∣E∣f(E)2\sum \limits_{E}y^{n-|E|}f(E)^2 同样是指数级的

当然也可以用 OP = 1 的做法把 yy 改写成 y−1y-1 来避免容斥,以下为了方便都写得 yy

考虑枚举 EE 的大小,设 gi=∑∣E∣=if(E)2g_i=\sum \limits_{|E|=i}f(E)^2 答案即为 ∑iyn−igi\sum\limits_i y^{n-i}g_i

这样只要可以在合理的时间里算出来 {gi}\{g_i\} 即可

因为siz太难打了 枚举每个连通块大小 aia_i

显然 gmg_m 有 n−mn-m 个连通块

先得让每个连通块连通,即连通块内部形成树 ∏i=1n−maiai−2\prod\limits_{i=1}^{n-m} a_i^{a_i-2}

然后将每个点划分进连通块,一个多重集排列 ∏i=1n−mn!ai!\prod\limits_{i=1}^{n-m} \dfrac{n!}{a_i!}

然后我们枚举时赋予了顺序,但实际上连通块无序,所以除掉 (n−m)!(n-m)!

然后乘上 f(E)2f(E)^2

以下的 yy 均为 y−1y^{-1} 因为 y→y−1y \to y-1 的方法是在 y−1y^{-1} 下才有正确贡献

gm=∑∑ai=nn!(n−m)!∏i=1n−maiai−2ai!(nn−m−2∏i=1n−mai)2g_{m} = \sum\limits_{\sum a_i =n} \dfrac{n!}{(n-m)!}\prod\limits_{i=1}^{n-m} \dfrac{a_i^{a_i-2}}{a_i!}(n^{n-m-2}\prod \limits_{i=1}^{n-m}a_i)^2

∑mym∑∑ai=nn!(n−m)!∏i=1n−maiai−2ai!(nn−m−2∏i=1n−mai)2\sum\limits_{m} y^{m} \sum\limits_{\sum a_i =n} \dfrac{n!}{(n-m)!}\prod\limits_{i=1}^{n-m} \dfrac{a_i^{a_i-2}}{a_i!}(n^{n-m-2}\prod \limits_{i=1}^{n-m}a_i)^2

n!∑mymn2n−2m−4(n−m)!∑∑ai=n∏i=1n−maiaiai!n!\sum\limits_{m}y^{m}\dfrac{n^{2n-2m-4}}{(n-m)!}\sum\limits_{\sum a_i = n}\prod\limits_{i=1}^{n-m}\frac{a_i^{a_i}}{a_i!} (合并了 $\prod a_i^2 $ 和 ∏aiai−2\prod a_i^{a_i-2})

下标代换 m←n−mm \gets n-m

n!n−4yn∑m=1ny−mn2mm!∑∑ai=n∏i=1maiaiai!n!n^{-4}y^n\sum \limits_{m=1}^{n}y^{-m} \dfrac{n^{2m}}{m!}\sum\limits_{\sum a_i = n}\prod \limits_{i=1}^{m}\dfrac{a_i^{a_i}}{a_i!}

后面和 OP=1OP=1 类似还是个卷积的 [xn][x^n]

那么

n!ynn−4∑y−mn2mm![xn](∑jjj!xj)mn!y^nn^{-4}\sum y^{-m}\dfrac{n^{2m}}{m!}[x^n]\left(\sum \dfrac{j^j}{j!}x^j \right)^m

把前面的整合进去

n!ynn−4[xn]∑(n2y−1∑jjj!xj)mm!n!y^nn^{-4}[x^n]\sum \dfrac{\left( {n^2y^{-1} \sum \dfrac{j^j}{j!}x^j}\right)^m}{m!}

后面的求和就是

exp⁡{n2y−1∑iii!xi}\exp \{n^2y^{-1}\sum \frac{i^i}{i!}x^i \}

多项式 Exp 即可

最后还有一开始就提出去的 yny^n

离谱