【组合数学】8 种盒中放球问题详解

$n$ 个相同的球,放入 $k$ 个相同的盒子,盒子不允许为空。

设 $dp_{i,j}$ 为 $i$ 个球放入 $j$ 个盒子里(允许为空)的方案数。

则转移方程为:$dp_{i,j}=dp_{i,j-1}+dp_{i-j,j}$

可分为有空盒子以及没有空盒子两种情况:

有空盒子:$dp_{i,j-1}$(加入一个空盒子)。

没有空盒子:$dp_{i-j,j}$(每个盒子放一个,剩下的就是相似子问题

答案即为 $dp_{n,k}-dp_{n,k-1}$。

可以从集合的角度感性理解一下。

$n$ 个相同的球,放入 $k$ 个相同的盒子,盒子允许为空。

状态定义和转移方程见上一条(原理相同)。

根据定义,答案即为 $dp_{n,k}$。

$n$ 个相同的球,放入 $k$ 个不同的盒子,盒子不允许为空。

隔板问题。

由于所有球相同,可以把 $n$ 个球排成一排,中间有 $n-1$ 个空隙,而需要分成 $k$ 份,所以要插入 $k-1$ 个板子把它们隔开。

这是经典的隔板问题,方案数为 $C_{n-1}^{k-1}$。

$n$ 个相同的球,放入 $k$ 个不同的盒子,盒子允许为空。

等价于$n+k$ 个相同的球,放入 $k$ 个不同的盒子,盒子不允许为空的问题。

由于盒子不允许为空,所以显然每个盒子里面有 $1$ 个以上的球。

那么把每一个盒子里拿走一个球,总共拿走了 $k$ 个球,剩下 $n$ 个球。

此时可能出现盒子为空的情况,也就是原本要解决的问题。

即答案为 $C_{n+k-1}^{k-1}$。

$n$ 个不同的球,放入 $k$ 个相同的盒子,盒子不允许为空。

亿眼鉴定为第二类斯特林数(Stirling 数)。

定义:将 $n$ 个数划分为 $k$ 个非空子集的方案数。

这正是本题所求。

感觉看着有点像 DP?我们定义它的值为:$S_{n,k}$。

对于第 $n$ 个球,可以新开一个盒子,也可以放在已有盒子。

由此写出递推式:$S_{n,k}=S_{n-1,k-1}+S_{n-1,k} \times k \ \ (1 \leq k \leq n)$。

预处理:$S_{0,0} = 1, \ S_{0,i} = 0$

根据定义,答案为 $S_{n,k}$。

$n$ 个不同的球,放入 $k$ 个相同的盒子,盒子允许为空。

这不是和上一条是一样的吗?

答案显然就是 $\sum_{i=1}^{k} S_{n,k}$。

$n$ 个不同的球,放入 $k$ 个不同的盒子,盒子不允许为空。

还是一样 awa,只是盒子不同而已。

答案显然是 $S_{n,k} \times k!$,因为可以换盒子,就乘上一个选盒子方案数。

$n$ 个不同的球,放入 $k$ 个不同的盒子,盒子允许为空。

显然对于 $n$ 个球,每个都有 $k$ 种放置方式。

所以答案为 $k^n$。

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