关于poyla定理,首先推荐两篇很好的文章阅读
2001-----符文杰《poyla原理及其应用》
2008-----陈瑜希《poyla计数法的应用》
在然后就是自己的学习笔记啦,据说《组合数学》一书当中讲得比较好,不过没看过,有机会找来看看
关于知识点嘛,下面给出一些:
(a) 封闭性:"a,bÎG, $cÎG,a*b=c。
(b) 结合律:"a,b,cÎG, (a*b)*c=a*(b*c)。
(c) 单位元:$eÎG,"aÎG, a*e=e*a=a。
(d) 逆元:"aÎG,$bÎG, a*b=b*a=e,记b=a-1。
则称集合G在运算*之下是一个群,简称G是群。一般a*b简写为ab。
称为n阶循环。每个置换都可以写若干互不相交的循环的乘积,两个循环(a1a2…an)和(b1b2…bn)互不相交是指ai!=bj, i,j=1,2,…,n。例如:
设G是p个对象的一个置换群,用m种颜色涂染p个对象,则不同染色方案为:
L=1/|G|(m^c(g1)+m^c(g2)+...+m^c(gs))
其中G={g1,…gs} c(gi )为置换gi的循环节数(i=1…s)
好了,下面上一些题目
由于poyla定理实在是不好理解,所以先上一个裸题,本人天资愚钝,裸题也是看了两天才会做的,poyla定理更是理解了好几天,希望做后面的题能顺点,废话不说看题
1.poyla定理直接套公式类型
poj2409
链接:http://poj.org/problem?id=2409
题解:这是本人在实习阶段写的一道题
这两道题都是很裸的polya定理题,而且代码几乎一样,所以把他们放到一起。。。
至于polya定理的理论部分,可以看我的上一篇blog。。。
这两道题:
对于旋转的情况:共有n个置换,其中旋转k个位置的置换的循环节数为gcd(n,k)。——(|)证明如下
对于翻转的情况:若n为奇数,则对称轴过一顶点和一边中点,n种置换,循环节长度n/2+1;若n为偶数,对称轴有两种,过两点和过两边中点,两者各有n/2种置换,前者 循环节长度为n/2+1,后者为n/2。
总共有2*n个置换。
这部分也很好理解。。。接下来我要来证明一下(|)。。。
假设旋转k个位置,因为polya定理要求在置换后元素不变的情况下每种置换的循环节数,所以当他旋转到他原来的位置时,
所经过的点数既是n的倍数,又是k的倍数,且是n和k的最小公倍数,即lcm(n,k);
因为每次旋k个位置,所以当前置换中循环的个数为lcm(n,k)/k;
所以每个置换的循环节数=n/(lcm(n,k)/k)=gcd(n,k)。
#include<iostream> #include<cstdio> #include<cstring> #include<cmath> using namespace std; int gcd(int a,int b) { if(b==0) return a; else return gcd(b,a%b); } int main() { int c,n; while(cin>>c>>n) { if(c==0&&n==0) break; int ans=0; for(int i=1;i<=n;i++) ans+=pow(c*1.0,gcd(n,i)); if(n&1) ans+=n*pow(c*1.0,n/2+1); else ans+=n/2*(pow(c*1.0,n/2+1)+pow(c*1.0,n/2*1.0)); cout<<ans/(2*n)<<endl; } return 0; }
poj1286
链接:http://poj.org/problem?id=1286
题解:跟上题相同,只是变成了3个,可以说是上题的简化版
注意long long
#include<iostream> #include<cstdio> #include<cstring> #include<cmath> using namespace std; int gcd(int a,int b) { if(b==0) return a; else return gcd(b,a%b); } int main() { int n; while(cin>>n) { if(n==-1) break; long long sum=0; for(int i=1;i<=n;i++) sum+=pow(3*1.0,gcd(n,i)); if(n&1) sum+=n*(pow(3*1.0,n/2+1)); else sum+=n/2*(pow(3*1.0,n/2*1.0)+pow(3*1.0,n/2+1)); if(n<=0) cout<<0<<endl; else cout<<sum/(2*n)<<endl; } return 0; }
二.poyla定理跟欧拉函数的综合运用
POJ2154
链接:http://poj.org/problem?id=2154
本题涉及知识点比较多:有素数筛法,快速幂,欧拉函数,poyla定理,是一道非常经典的综合题
Poj2154的N比较大,10^9的范围,但是只有旋转这种置换,没有翻转。
如果我们按照O(n)的做法,即∑m^gcd(n,i),显然是要超时的,所以需要换一种思路来计算。
设循环节长度为a=gcd(n,i),则一个循环的长度为L=n/a。由以上两式可以得到gcd(L*a,k*a)=a,其中k为不超过L的整数。进一步化简得到gcd(L,k)=1,那么满足这个式子的 循环的个数,也就是k的个数,就是euler(L),euler代表欧拉函数(小于L且与L互质的数的个数)。
所以答案就是(∑euler(L)*m^(n/L)) / n,本题中m=n,上式也就是(∑euler(L)*n^(n/L-1)。因此只需要枚举n的约数L,L从1枚举到sqrt(n)即可,因为另一个约数就是n/L。注意 当L*L=n的时候别重复算。时间复杂度O(n^0.5logn)。
#include<iostream> #include<cstdio> #include<cstring> #include<cmath> using namespace std; int n,m=0,test,mod; bool col[50000]; int a[32000]; void prime(int n) { for(int i=2;i<=n;i++) { if(!col[i]) { a[++m]=i; for(int j=i*i;j<=n;j+=i) col[i]=true; } } } int quick(int a,int b) { int temp=1; for(a%=mod;b;b>>=1) { if(b&1) temp=temp*a%mod; a=a*a%mod; } return temp%mod; } int euler_phi(int n) { int temp=n; for(int i=1;i*i<=m,a[i]*a[i]<=n;i++) if(n%a[i]==0) { temp=temp/a[i]*(a[i]-1); while(n%a[i]==0) n/=a[i]; } if(n>1) temp=temp/n*(n-1); return temp%mod; } int main() { int t; cin>>t; prime(32000); while(t--) { int ans=0,i; cin>>n>>mod; for(i=1;i*i<n;i++) if(n%i==0) ans=(ans+euler_phi(i)*quick(n,n/i-1)+euler_phi(n/i)*quick(n,i-1))%mod; if(i*i==n) ans=(ans+euler_phi(i)*quick(n,i-1))%mod; cout<<ans<<endl; } return 0; }