제2종 스털링 넘버

Stirling numbers of the second kind
Hasse 다이어그램으로 정렬된 4-Element 세트의 15개 파티션
1, 2, 3, 4 세트가 포함된 S(4, 1, 1, 1, 2, 3, 4), S(4, 4) = 1, 7, 6, 1 칸막이가 있다.

수학에서 조합론 특히 불가능한 방법으로 n개체의 k사각형 하위 집합에 세트를 분할하여의 두번째 종류(또는 스털링 파티션 번호)의 스털링 번호는 번호와 S(n, km그리고 4.9초 만){S(n,k)\displaystyle}또는{nk}{\displaystyle\textstyle \left\{{n\atop k}\right\에 의해}표시됩니다.}.[1]스털링 n.umb두 번째 종류의 er는 결합학이라 불리는 수학 분야와 칸막이의 연구 분야에서 발생한다.

두 번째 종류의 스털링 번호는 두 가지 종류의 스털링 번호 중 하나이며, 다른 종류의 스털링 번호는 첫 번째 종류의 스털링 번호(또는 스털링 주기 번호)라고 불린다.변수 n, k에 따라 각 종류의 스털링 숫자로 상호 역행(완료 또는 무한) 삼각 행렬이 형성될 수 있다.

정의

The Stirling numbers of the second kind, written or or with other notations, count the number of ways to partition a set of labelled objects into nonempty unlabelled subsets.동등하게, n 집합에서 정의할 수 정밀 k 동등성 클래스와 다른 동등성 관계의 수를 계산한다.사실, 주어진 세트의 파티션 집합과 동등성 관계 집합 사이에 편견이 있다.분명히,

= 및 n 1에 { 1 = 1 1}

n-모듈 세트를 n 파트로 분할하는 유일한 방법은 세트의 각 요소를 자신의 파트로 분할하는 것이고, 비어 있지 않은 세트를 한 파트로 분할하는 유일한 방법은 모든 요소를 동일한 파트에 배치하는 것이다.이 값은 다음과 같은 명시적 공식을 사용하여 계산할 수 있다.[2]

두 번째 종류의 스털링 숫자는 또한 추락하는 요인[3] 측면에서 불확실한 x의 힘을 표현할 때 발생하는 숫자로 특징지어질 수 있다.

(특히 (x)0 = 1은 빈 제품이기 때문에)일반적으로, 사람은 가지고 있는 것이 있다.

표기법

두 번째 종류의 스털링 번호에는 다양한 명세가 사용되어 왔다.가새 표기법{ k 은 1962년 이매뉴엘 마르크스와 안토니오 살메리가 이 숫자의 변형에 사용하였다.[4][5]이로 인해 크누스는 여기에 나타난 바와 같이 컴퓨터 프로그래밍의 기술(1968년) 제1권에 그것을 사용하게 되었다.[6][7]컴퓨터 프로그래밍의 제3판에 따르면, 이 표기법은 1935년 조반 카라마타에 의해서도 일찍이 사용되었다.[8][9]S(n, k)라는 표기법은 리처드 스탠리가 그의 저서 Enumerative Compinatorics에서 사용했으며, 훨씬 이전에도 많은 다른 작가들에 의해 사용되었다.[6]

스털링 숫자에 대해 이 페이지에서 사용하는 공명은 보편적이지 않으며 다른 출처의 공명과 충돌할 수 있다.

벨 번호와의 관계

스털링 번호{ 은(는) n-element 집합의 파티션을 k partments로 세므로 합계는

모든 k 값은 n 멤버가 있는 집합의 총 파티션 수입니다.이 번호는 n번째번호로 알려져 있다.

와 유사하게, 주문된 벨 번호는 두 번째 종류의 스털링 번호로 계산될 수 있다.

[10]

값표

다음은 두 번째 종류(OEIS에서 순서 A008277)의 스털링 번호에 대한 삼각형 배열이다.

k
n
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1
1 0 1
2 0 1 1
3 0 1 3 1
4 0 1 7 6 1
5 0 1 15 25 10 1
6 0 1 31 90 65 15 1
7 0 1 63 301 350 140 21 1
8 0 1 127 966 1701 1050 266 28 1
9 0 1 255 3025 7770 6951 2646 462 36 1
10 0 1 511 9330 34105 42525 22827 5880 750 45 1

이항계수와 마찬가지로, 이 k > n까지 확장될 수 있지만, 이 항목들은 모두 0이 될 것이다.

특성.

재발관계

2종류의 스털링 넘버들은 재발관계에 복종한다.

초기 조건과 함께 k > 0에 대하여

n > 0에 대하여

예를 들어, k=3열과 n=5열의 숫자 25는 25=7+(3×6)로 주어지는데, 여기서 7은 위의 숫자, 25의 왼쪽에 6은 25 이상의 숫자, 3은 6을 포함하는 열이다.

반복을 입증하려면 n + 1 객체를k의 비어 있지 않은 하위 집합으로 분할하여 (n +) 1)-th 객체를 단일 톤으로 포함하거나 포함하지 않는지 관찰하십시오.싱글톤이 서브셋 중 하나인 방법의 수는 다음과 같다.

나머지 n개의 객체를 사용 가능한 - 부분 집합으로 분할해야 하기 때문에.다른 경우(+ 1) -th 개체는 다른 개체를 포함하는 하위 집합에 속한다.방법의 수는 다음과 같다.

우리는(+ ){\1(를) 제외한 모든 개체를 k 하위 집합으로 분할하고, 그리고 나서 n + 삽입하기 위한 k 선택권을 갖게 된다이 두 값을 합하면 원하는 결과가 나온다.

그 이상의 재발은 다음과 같다.

하한 및 상한

2 - 인 경우

어디에

그리고

[11]

최대

고정 의 경우 { 은(는) 단일 최대값을 가지며, 최대 2개의 연속 k 에 도달한다.즉, 다음과 같은 정수 가 있다.

(가) 큰 경우

스털링 2종류의 최대치는

[11]

패리티

두 번째 종류의 스털링 번호의 동등성.

두 번째 유형의 스털링 숫자의 동등성은 관련 이항계수의 동등성과 동일하다.

where

이 관계는 시에르피에스키 삼각형nk 좌표를 매핑하여 지정된다.

보다 직접적으로, 두 세트에 각각 표현식의 결과를 이진법으로 표현하여 1의 위치를 포함하도록 한다.

다음 두 세트를 교차시키면 비트 AND 연산을 흉내낼 수 있다.

O(1) 시간 내에 두 번째 종류의 스털링 번호의 동등성을 얻는다.유사 코드:

여기서[ ]은Iverson 브래킷이다.

{ 2n } n의 중앙 스털링 번호의 패리티는 n (가) 섬유수인 경우에만 이상하며, 이진수에는 연속 1s가 없다.[12]

심플한 아이덴티티

몇 가지 간단한 정체성에는 다음이 포함된다.

왜냐하면 n개의 원소를 n - 1 세트로 나누는 것은 반드시 하나의 크기 2 세트와 n - 2 세트의 크기 1 세트로 나누는 것을 의미하기 때문이다.그러므로 우리는 이 두 가지 요소만 선택하면 된다.

그리고

이를 확인하려면 먼저 보완 하위 세트 AB순서가 지정된 쌍이 2개n 있다는 점에 유의하십시오.한 경우에는 A가 비어 있고, 또 다른 경우에는 B가 비어 있기 때문에 순서가n 정해진 2쌍의 하위 집합이 남아 있다.마지막으로, 우리는 주문된 쌍이 아닌 주문되지 않은 쌍을 원하기 때문에 위의 결과를 제시하면서 마지막 숫자를 2로 나눈다.

재발관계의 또 다른 노골적인 확대는 위의 예시의 정신으로 정체성을 부여한다.

이러한 예는 재발로 요약할 수 있다.

명시식

두 번째 종류의 스털링 번호는 명시적 공식에 의해 주어진다.

이는 포함 제외를 사용하여 n에서 k까지의 거부 수를 세고 그러한 거부 횟수가 k인 사실을 사용하여 도출할 수 있다

또한, 이 공식은 x = 0:00에서 평가된 단일 의 k번째 전방 차이에 대한 특별한 경우:

베르누이 다항식은 이러한 전진적 차이의 관점에서 쓰여질 수 있기 때문에, 즉시 베르누이 수에서 관계를 얻는다.

함수 생성

고정 정수 n의 경우 두 번째 {n 0}, { 0\n 의 스털링 번호에 대한 일반 생성 함수는 다음과 같다.

( )은(는) Touchard 다항식이다.스털링 숫자를 대신하여 감소하는 요인에 대해 요약하면 다음과 같은 정체성을 보여줄 수 있다.

그리고

고정 정수 의 경우, 두 번째 종류 {0k { … {\ k의 스털링 번호는 합리적인 보통 생성 기능을 가지고 .

그리고 지수 생성 함수를 다음과 같이 제공한다.

두 번째 종류의 스털링 번호에 대한 혼합 이바리산 생성 함수는

점근 근사치

k, {\k,}의 n로 두 번째 종류의 스털링 번호의 점증적 값은 다음과 같다.

다른 쪽에서는 = ( ) 여기서 olittle o 표기법을 나타냄)이면 다음과 같다.

[13]

또한 균일하게 유효한 근사치가 존재한다: 1 < k < n>과 같은 모든 k에 대하여, 1은 다음과 같다.

여기서 = / k (, ) )은 = - - 에 대한 고유한 솔루션이며[14]상대적 오류는 0./ n 에 의해 제한된다

적용들

포아송 분포의 모멘트

X포아송 분포를 갖는 기대값 λ의 랜덤 변수인 경우, 그 n번째 모멘트는 다음과 같다.

특히 기대값 1을 가진 포아송 분포의 n번째 순간은 정확히 n번째 크기 n칸막이 수, 즉 n번째 벨 번호(이 사실은 도비셰스키 공식)이다.

랜덤 순열의 고정점 모멘트

변량 변수 X를 크기 m의 유한 집합의 균일하게 분포된 변량 순열의 고정점 수로 한다.그렇다면 X의 n번째 순간은

주: 합계의 상한은 n이 아니라 m이다.

즉, 이 확률 분포의 n번째 순간은 m 부분 이하의 크기 n의 파티션 집합의 수입니다.이것은 표기법이 조금 다르지만 임의 순열 통계에 관한 글에서 증명된다.

운율 체계

두 번째 종류의 스털링 숫자는 n행 시의 운율 체계 총수를 나타낼 수 있다.( , k) 는 k 고유의 운율 음절을 사용하여 n줄에 대해 가능한 운율 체계 수를 제공한다.예를 들어, 3행시의 경우 단 하나의 운(aaaa)을 사용한 1행, 2행(aab, aba, abb)을 사용한 3행, 3행(abc)을 사용한 1행( rhyme)이 있다.

변형

제2종 스털링 관련 번호

두 번째 종류의 r 관련 스털링 번호는 n개의 개체 집합을 k 하위 집합으로 분할하는 방법의 수입니다. 각 하위 집합에는 최소한 r 요소가 포함되어 있다.[15] ( , k) 으)로 표시되며, 재발 관계에 따른다.

2 관련 숫자(OEIS에서 순서 A008299)는 다른 곳에서는 "Ward number" 및 Mahler 다항식 계수의 크기로 나타난다.

두 번째 유형의 스털링 수 감소

정수 1, 2, ..., n으로 분할할 n개의 객체를 나타낸다. 두 번째 종류의 축소된 스털링 숫자를 정의하십시오. ( k n을 각 부분 집합의 모든 원소가 최소한 dwise 거리를 갖는 k 비빈 하위 집합으로 분할할 수 있는 방법의 수입니다.즉, 주어진 부분 집합에 있는 정수 i와 j에 i - d{\d}이(가) 필요하다 이 숫자들이 만족하는 것으로 나타났다.

("reduced"라는 이름을 붙인다).[16]( 공식에 의한) 1( n, )= (, k) 두 번째 종류의 익숙한 스털링 번호를 관찰하십시오.

참고 항목

참조

  1. ^ Ronald L. Graham, Donald E. Knuth, Oren Patashnik(1988) 콘크리트 수학, Addison-Wesley, Reading MA. ISBN0-201-14236-8, 페이지 244.
  2. ^ "Stirling Number of the Second Kind".
  3. ^ 혼란스럽게도 결합론자가 하강 요인들에 사용하는 표기법은 상승 요인들에 대한 특수 함수에 사용되는 표기법과 일치한다. Pochhammer 기호를 참조하라.
  4. ^ 스털링 숫자의 변형에 의한 시리즈 변천, 이마뉴엘 마르크스, 미국 수학 월간 69, #6 (6월-)1962년 7월), 페이지 530–532, JSTOR 2311194.
  5. ^ 안토니오 살메리, 프로트지오네 알라 테오리아 디 파토리오리, 조르날레 마테마테슈 바타글리니 90(1962), 페이지 44-54.
  6. ^ a b Knuth, D.E. (1992), "Two notes on notation", Amer. Math. Monthly, 99 (5): 403–422, arXiv:math/9205211, Bibcode:1992math......5211K, doi:10.2307/2325085, JSTOR 2325085
  7. ^ 도널드 크누스, 기본 알고리즘, 판독값, 매스:애디슨-웨슬리, 1968년
  8. ^ 페이지 66, 도널드 E. 크누스, 기본 알고리즘, 3번째 에드, 읽기, 매스:애디슨-웨슬리, 1997년
  9. ^ 조반 카라마타, 테오레메스 수르 라 소마빌리티테 디펜티엘 et d'autres sommabilités'y lattachant, Mathematica (1935), pp, 164–178.
  10. ^ Sprugnoli, Renzo (1994), "Riordan arrays and combinatorial sums" (PDF), Discrete Mathematics, 132 (1–3): 267–290, doi:10.1016/0012-365X(92)00570-H, MR 1297386
  11. ^ a b Rennie, B.C.; Dobson, A.J. (1969). "On stirling numbers of the second kind". Journal of Combinatorial Theory. 7 (2): 116–121. doi:10.1016/S0021-9800(69)80045-1. ISSN 0021-9800.
  12. ^ Chan, O-Yeat; Manna, Dante (2010), "Congruences for Stirling numbers of the second kind" (PDF), Gems in Experimental Mathematics, Contemporary Mathematics, vol. 517, Providence, Rhode Island: American Mathematical Society, pp. 97–111, doi:10.1090/conm/517/10135, MR 2731094
  13. ^ L. C. Hsu, AMS Vol.19 No.2 1948, 페이지 273--277의 n번째 Zero 차이의 점증적 확장에 관한 참고사항
  14. ^ N. M. 템메, 스털링 숫자의 점근추정, 응용수학에서의 연구 89:233-243 (1993), 엘시버 과학 출판.
  15. ^ L. Comtet, Advanced Cominatorics, Reidel, 1974, 페이지 222.
  16. ^ A. Mohr and T.D.Porter, Stirling Numbers, Journal of Comatic Polyomial Math and Combinatorial Computing 70(2009), 57–64.