无标号有根树/无根树 计数

无标号有根树/无根树 计数

当然是从有根树开始啦

树计数容易想到递归进行，设(n)个节点有根树的( ext{OGF})为(F(x))

我们考虑(F(x))作为新根节点的子树的情况，这是一个可置换的背包问题，被称为( ext{Euler})变换

不妨对于(F(x))的每一项考虑，我们从(F_k)这么多种类的数中选择一些出来，然后组成背包

设(I=x^k)，(n=F_k)，那么对于这一项的变换可以表示为

(displaystyle T(I,n)=sum_{i=0}inom{n}{i} (sum_{j=1}^{infty}I^j)^i=(sum_{j=1}^{infty}I^j+1)^n=frac{1}{(1-I)^n})

那么得到( ext{Euler})变换

(displaystyle mathcal{E}(F(x))=prod_{i=1}T(x^i,F_i)=prod frac{1}{(1-x^i)^{F_i}})

两边求$ln $

(displaystyle ln mathcal{E}(F(x))=sum_i F_iln frac{1}{(1-x^i)})

(displaystyle ln mathcal{E}(F(x))=sum_i F_i(sum_{j=1}frac{x^{ij}}{j}))

换循环

(displaystyle ln mathcal{E}(F(x))=sum_i frac{1}{i}(sum_{j=1}F_j(x^i)^j)=sum frac{F(x^i)}{i})

(displaystyle mathcal{E}(F(x))= ext{exp}(sum frac{F(x^i)}{i}))

到这里我们得到了一个比较阳间的变换形式，那么(F(x))的递归表示就是

(F(x)=xcdot mathcal{E}(F(x)))

考虑用牛顿迭代求解，设已经求出(G(x)=F(x)mod x^n)，我们要求(F(x)mod x^{2n})

而(displaystyle mathcal{E}(F(x))= ext{exp}(sum frac{F(x^i)}{i}))中(ige 2)的项都是已知的，可以在(O(nln n))时间得到，不妨这些项为常数( ext{coef})

则方程为(xcdot ext{exp}(F(x)+ ext{coef})-F(x)=0)

方程函数为(f(z)=xe^{z+ ext{coef}}-z)

(f'(z)=xe^{z+ ext{coef}}-1)

故知(displaystyle F(x)=G(x)-frac{xe^{G(x)+ ext{coef}}-G(x)}{xe^{G(x)+ ext{coef}}-1})

(这里没有分治解法的。。。实际我也不会)

[ ]

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下面是无根树计数，考虑令重心为根即可

可以直接减掉存在一个子树(> frac{n}{2})的贡献，因为不会出现置换重复，可以将这个子树从原来的树上踢掉

剩下部分依然看成一棵有根树，也就是(F_icdot F_{n-i}(i>frac{n}{2}))

对于(2|n)的情况，重心可能有两个，此时要减去对称情况(displaystyle inom{F_{frac{n}{2}}}{2})

Luogu P5900 Submission

唔-好慢

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
typedef double db;
typedef pair <int,int> Pii;
typedef vector <int> V;
#define reg register
#define mp make_pair
#define pb push_back
#define Mod1(x) ((x>=P)&&(x-=P))
#define Mod2(x) ((x<0)&&(x+=P))
#define rep(i,a,b) for(int i=a,i##end=b;i<=i##end;++i)
#define drep(i,a,b) for(int i=a,i##end=b;i>=i##end;--i)

char IO;
template <class T=int> T rd(){
	T s=0; int f=0;
	while(!isdigit(IO=getchar())) f|=IO=='-';
	do s=(s<<1)+(s<<3)+(IO^'0');
	while(isdigit(IO=getchar()));
	return f?-s:s;
}

const int L=19,N=1<<L|10,P=998244353;

ll qpow(ll x,ll k=P-2) {
	ll res=1;
	for(;k;k>>=1,x=x*x%P) if(k&1) res=res*x%P;
	return res;
}

int I[N],J[N];
int rev[N],w[N];
void Init(){
	w[1<<(L-1)]=1;
	int t=qpow(3,(P-1)>>L);
	rep(i,(1<<(L-1))+1,1<<L) w[i]=1ll*w[i-1]*t%P;
	drep(i,(1<<(L-1))-1,1) w[i]=w[i<<1];
	rep(i,J[0]=1,N-1) J[i]=1ll*J[i-1]*i%P;
	I[N-1]=qpow(J[N-1]);
	drep(i,N-1,1) I[i-1]=1ll*I[i]*i%P;
}
int Init(int n){
	int R=1,c=-1;
	while(R<=n) R<<=1,c++;
	rep(i,0,R-1) rev[i]=(rev[i>>1]>>1)|((i&1)<<c);
	return R;
}
void NTT(int n,V &A,int f) {
	static ull a[N];
	if((int)A.size()<n) A.resize(n);
	rep(i,0,n-1) a[rev[i]]=A[i];
	for(int i=1;i<n;i<<=1) {
		int *e=w+i;
		for(int l=0;l<n;l+=i*2) {
			for(int j=l;j<l+i;++j) {
				int t=a[j+i]*e[j-l]%P;
				a[j+i]=a[j]+P-t;
				a[j]+=t;
			}
		}
	}
	rep(i,0,n-1) A[i]=a[i]%P,Mod2(A[i]);
	if(f==-1) {
		reverse(A.begin()+1,A.end());
		ll base=1ll*I[n]*J[n-1]%P;
		rep(i,0,n-1) A[i]=A[i]*base%P;
	}
}

V operator + (V a,const V &b) {
	if(a.size()<b.size()) a.resize(b.size());
	rep(i,0,b.size()-1) a[i]+=b[i],Mod1(a[i]);
	return a;
}
V operator - (V a,const V &b) {
	if(a.size()<b.size()) a.resize(b.size());
	rep(i,0,b.size()-1) a[i]-=b[i],Mod2(a[i]);
	return a;
}
V operator * (V a,V b) {
	int n=a.size()-1,m=b.size()-1;
	int R=Init(n+m);
	NTT(R,a,1),NTT(R,b,1);
	rep(i,0,R-1) a[i]=1ll*a[i]*b[i]%P;
	NTT(R,a,-1),a.resize(n+m+1);
	return a;
}
V operator * (V a,const int &x) {
	for(int &i:a) i=1ll*i*x%P;
	return a;
}
V operator * (const int &x,V a) { return a*x; }

void println(const V &a){
	for(int i:a) printf("%d ",i);
	puts("");
}
V read(int n){
	V A(n);
	rep(i,0,n-1) A[i]=rd();
	return A;
}
V operator ~ (V a) {
	int n=a.size(),m=(n+1)>>1;
	if(n==1) return assert(a[0]),V{(int)qpow(a[0])};
	V b=a; b.resize(m),b=~b;
	int R=Init(n*2);
	NTT(R,a,1),NTT(R,b,1);
	rep(i,0,R-1) a[i]=(P+2-1ll*a[i]*b[i]%P)*b[i]%P;
	NTT(R,a,-1),a.resize(n);
	return a;
}
V Deriv(V a) {
	rep(i,0,a.size()-2) a[i]=1ll*(i+1)*a[i+1]%P;
	a.pop_back();
	return a;
}
V Integ(V a){
	a.pb(0);
	drep(i,a.size()-1,1) a[i]=1ll*a[i-1]*J[i-1]%P*I[i]%P;
	a[0]=0;
	return a;
}
V Ln(V a){
	int n=a.size();
	a=Deriv(a)*~a;
	return a.resize(n-1),Integ(a);
}
V Exp(V a) {
	if(a.size()==1) return assert(a[0]==0),V{1};
	int n=a.size();
	V b=a; b.resize((n+1)/2),b=Exp(b),b.resize(n);
	a=a-Ln(b),a[0]++;
	a=a*b,a.resize(n);
	return a;
}

V operator << (V a,int x) {
	a.resize(a.size()+x);
	drep(i,a.size()-1,x) a[i]=a[i-x];
	rep(i,0,x-1) a[i]=0;
	return a;
}
V operator >> (V a,int x) {
	if((int)a.size()<=x) return V{};
	rep(i,x,a.size()-1) a[i-x]=a[i];
	a.resize(a.size()-x);
	return a;
}

V Newton(int n){
	if(n==1) return V{0};
	if(n==2) return V{0,1};
	V G=Newton((n+1)/2); G.resize(n);
	V T=G;
	rep(i,2,n-1) {
		int t=1ll*I[i]*J[i-1]%P;
		rep(j,1,min(n/2,(n-1)/i)) T[i*j]=(T[i*j]+1ll*G[j]*t)%P;
	}
	T=Exp(T)<<1;
	V F=G-(T-G)*~(T-V{1});
	return F.resize(n),F;
}

int main(){
	int n=rd()+1; Init();
	V F=Newton(n); 
	int ans=F[--n];
	rep(i,1,(n-1)/2) ans=(ans-1ll*F[i]*F[n-i])%P;
	if(~n&1) ans=(ans-1ll*F[n/2]*(F[n/2]-1)/2)%P;
	Mod2(ans);
	printf("%d
",ans);
}