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约定 C ( n , k ) C(n,k) C(n,k)表示 C n k C^k_n Cnk
方法一 最直接的
只适用于 n ≤ 15 n\leq 15 n≤15的情况 没什么用 不多说了
C n k = n ! k ! × ( n − k ) ! C^k_n=\frac{n!}{k!\times (n-k)!} Cnk=k!×(n−k)!n!
using ll = long long;ll fact(int n){ll ret=1;for(int i=2;i<=n;i++) ret*=i;return ret;
}ll cc(int n,int k){return fact(n)/fact(k)*fact(n-k);
}
方法二 递推约分
其实就是手算组合数的方法模拟
先上结论
using ll = long long;ll combination(int n,int k){k=min(k,n-k);ll res=1;for(int i=1;i<=k;i++){res=res/i*(n-i+1);}return res;
}
时间复杂度 O ( k ) O(k) O(k),适用 n ≤ 1 0 9 , k ≤ 50 n\leq10^9,k\leq 50 n≤109,k≤50,不会溢出
推导:
首先 C n k ⇔ C n n − k C^k_n \Leftrightarrow C^{n-k}_n Cnk⇔Cnn−k所以k=min(k,n-k);
C n k = n ! k ! × ( n − k ) ! C_n^k=\frac{n!}{k!\times (n-k)!} Cnk=k!×(n−k)!n!
直接乘会溢出
显然里面有很多可以约分的地方
先写出分子:
n ! = n × ( n − 1 ) × ( n − 2 ) × ⋯ × 1 n! = n \times (n-1) \times (n-2) \times \dots \times 1 n!=n×(n−1)×(n−2)×⋯×1
再写出分母:
k ! ( n − k ) ! = ( k × ( k − 1 ) × ⋯ × 1 ) × ( ( n − k ) × ( n − k − 1 ) × ⋯ × 1 ) k!(n-k)! = (k \times (k-1) \times \dots \times 1) \times ((n-k) \times (n-k-1) \times \dots \times 1) k!(n−k)!=(k×(k−1)×⋯×1)×((n−k)×(n−k−1)×⋯×1)
约去 ( n − k ) × ( n − k − 1 ) × ⋯ × 1 (n-k) \times (n-k-1) \times \dots \times 1 (n−k)×(n−k−1)×⋯×1
得到分式:
C n k = n × ( n − 1 ) × ⋯ × ( n − k + 1 ) k × ( k − 1 ) × ⋯ × 1 C_n^k = \frac{n \times (n-1) \times \dots \times (n-k+1)}{k \times (k-1) \times \dots \times 1} Cnk=k×(k−1)×⋯×1n×(n−1)×⋯×(n−k+1)
这样,我们 只需要计算 ( k ) 个数相乘,而不是整个 ( n! ),避免了大数溢出问题。
让分子从 ( n ) 递减 ( k ) 次,分母从 ( 1 ) 递增 ( k ) 次:
C n k = n 1 × n − 1 2 × n − 2 3 × ⋯ × n − k + 1 k C_n^k= \frac{n}{1} \times \frac{n-1}{2} \times \frac{n-2}{3} \times \dots \times \frac{n-k+1}{k} Cnk=1n×2n−1×3n−2×⋯×kn−k+1
数学上保证了每次乘进来一项 分母都能整除分子
每一项都是 n − i + 1 i \frac{n-i+1}{i} in−i+1
for(int i=1;i<=k;i++){res=res/i*(n-i+1);
}
先除后乘避免溢出
方法三 Pascal三角形预处理
适用情况
适用多次访问组合数的值
n < = 2000 , k < = n n<=2000,k<=n n<=2000,k<=n
空间复杂度 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2),时间复杂度 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)
推导
dp思想
从n
个数中选k
个,分两种情况:
- 选n,那么情况数就是前n-1个数中选k-1个
- 不选n,情况数就是前n-1个数中选k个
状态转移方程就出来了:
dp[n][k]=dp[n-1][k-1]+dp[n-1][k];
边界:
dp[i][0]=1
从i
个数中选0
个 只有一种情况dp[i][i]=1
从i
个数中选0
个 只有一种情况
图示:
11 11 2 11 3 3 11 4 6 4 11 5 10 10 5 1
每个数是它左上方和右上方两个数的和。
代码实现
using ll = long long;
const int N=1010;
ll c[N][N];void init(){for(int i=0;i<=N;i++){c[i][0]=c[i][i]=1;for(int j=1;j<i;j++){c[i][j]=c[i-1][j-1]+c[i-1][j];}}
}
目前只会这两个 等我学了Lucas+费马小定理再更新
下面是gpt写的
方法 4:使用 Lucas 定理(适用于大素数取模)
如果需要计算 模某个大素数 p p p 的组合数,可以使用 Lucas 定理。
当 C ( n , k ) C(n, k) C(n,k) 需要 模一个素数 p p p,可以拆分计算:
C ( n , k ) m o d p = C ( n / p , k / p ) × C ( n % p , k % p ) m o d p C(n, k) \mod p = C(n / p, k / p) \times C(n \% p, k \% p) \mod p C(n,k)modp=C(n/p,k/p)×C(n%p,k%p)modp
代码实现:
#include <iostream>
using namespace std;const int P = 1e9 + 7;// 快速幂计算 (x^y) % p
long long qpow(long long x, long long y, long long p) {long long res = 1;while (y) {if (y & 1) res = res * x % p;x = x * x % p;y >>= 1;}return res;
}// 计算 n! % p 以及逆元
long long fact[100005], invFact[100005];void init(int p) {fact[0] = 1;for (int i = 1; i < p; i++) {fact[i] = fact[i - 1] * i % p;}invFact[p - 1] = qpow(fact[p - 1], p - 2, p);for (int i = p - 2; i >= 0; i--) {invFact[i] = invFact[i + 1] * (i + 1) % p;}
}long long comb(int n, int k, int p) {if (k > n) return 0;return fact[n] * invFact[k] % p * invFact[n - k] % p;
}// Lucas 定理
long long lucas(long long n, long long k, int p) {if (k == 0) return 1;return lucas(n / p, k / p, p) * comb(n % p, k % p, p) % p;
}int main() {init(P);long long n = 1000000, k = 500000;cout << "C(" << n << ", " << k << ") % " << P << " = " << lucas(n, k, P) << endl;return 0;
}
适用场景:
✅ n , k n,k n,k 很大(如 1 0 18 10^{18} 1018) 但需要模一个素数 p p p(如 1 0 9 + 7 10^9+7 109+7)
✅ 递归分解,使得计算时间大幅减少