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反演

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@miqcy97y
此快照首次捕获于
2025/12/04 02:46
3 个月前
此快照最后确认于
2025/12/04 02:46
3 个月前
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最近有点彷徨……正如钱老师所说,自己有些内耗
可能还是看到自己刚刚学的东西,很多曾经的同学两三年前就会了。。。感到有点失落。
而且自己的数据结构越来越不行了。今年NOIPT4什么都没想出来。还不知道怎样补......因为不知道问题所在
不如先放首光辉岁月听听吧

反演

1.什么是反演

F(n)=iAn,iG(i)F(n)=\sum\limits_{i}A_{n,i}G(i) 转换成 G(n)=iBn,iF(i)G(n)=\sum\limits_{i}B_{n,i}F(i) 的形式,叫做反演。

2.反演的性质

首先,我们可以发现 F=AGF=A*GG=BFG=B*F
于是 F=ABFF=A*B*FAB=EA*B=E (EE 表示单位矩阵),也就是说 A=B1A=B^{-1}
而且由于 (AB)T=BTAT(AB)^T=B^TA^T,我们将矩阵转置一下仍然是互逆的(不会上述性质的童鞋,只需要记住,把一对互逆的矩阵行列倒过来,俩人仍然互逆)
对于矩阵里有 (1)i(-1)^i 的,可以把它转移到另外一个矩阵里。可以得到无 1-1 因子的矩阵和另一个矩阵互逆的结论。

3.反演的例子

1.1.A=[(1)0C00000(1)0C10(1)1C1100(1)0C20(1)1C21(1)2C220(1)0Cn0(1)1Cn1(1)2Cn2(1)nCnn]A=\begin{bmatrix}(-1)^0C_0^0&0&0&\cdots&0\\(-1)^0C_1^0&(-1)^1C_1^1&0&\cdots&0\\(-1)^0C_2^0&(-1)^1C_2^1&(-1)^2C_2^2&\cdots&0\\\vdots&\vdots&\vdots&\ddots&\vdots&\\(-1)^0C_n^0&(-1)^1C_n^1&(-1)^2C_n^2&\cdots&(-1)^nC_n^n\end{bmatrix},则 A2=EA^2=E (其中 EE 为单位矩阵)
这里 An,i=(1)iCni=(1)i(ni)A_{n,i}=(-1)^iC_n^i=(-1)^i\dbinom{n}{i}
证明:令 C=A2C=A^2,则 Ci,j=kAi,kBk,j=k(1)kj(ik)(kj)=(ij)k(1)kj(ijk)=(ij)[i=j]=[i=j]C_{i,j}=\sum\limits_k{A_{i,k}B_{k,j}}=\sum\limits_k{(-1)^{k-j}\dbinom{i}{k}\dbinom{k}{j}}=\dbinom{i}{j}\sum\limits_k(-1)^{k-j}\dbinom{i-j}{k}=\dbinom{i}{j}[i=j]=[i=j]
因此 C=EC=E,证毕
如果有 fA=gf*A=g,那么有 gA=fg*A=f
这里用到了恒等式 (ik)(kj)=(ij)(ijkj)\dbinom{i}{k}\dbinom{k}{j}=\dbinom{i}{j}\dbinom{i-j}{k-j},从组合意义和代数角度都较为好证
还用到了恒等式 k(1)k(nk)=[n=0]\sum\limits_k(-1)^k{\dbinom{n}{k}}=[n=0],用的是二项式定理里面,(11)n(1-1)^n 的展开式。
[i=j]=Ci,j=kAi,kBk,j=k(ik)(1)kj(kj)[i=j]=C_{i,j}=\sum\limits_k{A_{i,k}B_{k,j}}=\sum\limits_k{\dbinom{i}{k}(-1)^{k-j}\dbinom{k}{j}}
我们发现,如果矩阵 AA 满足 An,i=(ni)A_{n,i}=\dbinom{n}{i},矩阵 BB 满足 Bn,i=(1)ni(ni)B_{n,i}=(-1)^{n-i}\dbinom{n}{i},那么两者互逆。
也就是如果有 fA=gf*A=g,那么有 gB=fg*B=f
还可以用转置推出另外两个反演式子,此处省略。

斯特林数反演

先咕了。

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