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生成函式


生成函式 f(x) 是一個 形式冪級數

 f(x)=sum_(n=0)^inftya_nx^n
(1)

係數 給出 序列 {a_0,a_1,...}

Wolfram 語言 命令GeneratingFunction[expr, n, x] 給出變數 x 中序列的生成函式,該序列的第 n 項是 expr。 給定一個項的序列,FindGeneratingFunction[{a1, a2, ...}, x] 嘗試查詢變數 x 中的一個簡單生成函式,其第 n 個係數是 a_n

給定一個生成函式,可以使用以下命令計算相應級數中第 n 項的解析表示式SeriesCoefficient[expr, {x, x0, n}]。 生成函式 f(x) 有時被稱為“列舉a_n (Hardy 1999, p. 85)。

下表給出了給出非負整數的前幾個冪的生成函式。

n^pf(x)級數
1x/(1-x)x+x^2+x^3+...
nx/((1-x)^2)x+2x^2+3x^3+4x^4+...
n^2(x(x+1))/((1-x)^3)x+4x^2+9x^3+16x^4+...
n^3(x(x^2+4x+1))/((1-x)^4)x+8x^2+27x^3+...
n^4(x(x+1)(x^2+10x+1))/((1-x)^5)x+16x^2+81x^3+...

數論中特殊函式有很多漂亮的生成函式。 一些特別好的例子是

f(x)=1/((x)_infty)
(2)
=sum_(n=0)^(infty)P(n)x^n
(3)
=1+x+2x^2+3x^3+...
(4)

對於分拆函式 P,其中 (q)_infty 是 q-Pochhammer 符號,以及

f(x)=x/(1-x-x^2)
(5)
=sum_(n=0)^(infty)F_nx^n
(6)
=x+x^2+2x^3+3x^4+...
(7)

對於斐波那契數 F_n

生成函式在組合列舉問題中非常有用。 例如,子集和問題,即詢問從 M 個給定整數中選擇 m 個,使得它們的和等於 s 的方法數 c_(m,s),可以使用生成函式來解決。

數字序列 f(n)G(t) 生成函式由 f(n) 在變數 1/t 中的 Z 變換給出 (Germundsson 2000)。


另請參閱

累積生成函式, 列舉, 指數生成函式, 形式冪級數, 矩量生成函式, 遞推關係, 子集和問題, Z 變換 在 課堂中探索此主題

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參考文獻

Bender, E. A. and Goldman, J. R. "Enumerative Uses of Generating Functions." Indiana U. Math. J. 20, 753-765, 1970/1971.Bergeron, F.; Labelle, G.; and Leroux, P. "Théorie des espèces er Combinatoire des Structures Arborescentes." Publications du LACIM. Québec, Montréal, Canada: Univ. Québec Montréal, 1994.Cameron, P. J. "Some Sequences of Integers." Disc. Math. 75, 89-102, 1989.Doubilet, P.; Rota, G.-C.; and Stanley, R. P. "The Idea of Generating Function." Ch. 3 in Finite Operator Calculus (Ed. G.-C. Rota). New York: Academic Press, pp. 83-134, 1975.Germundsson, R. "Mathematica Version 4." Mathematica J. 7, 497-524, 2000.Graham, R. L.; Knuth, D. E.; and Patashnik, O. Concrete Mathematics: A Foundation for Computer Science, 2nd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, 1994.Harary, F. and Palmer, E. M. Graphical Enumeration. New York: Academic Press, 1973.Hardy, G. H. Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, p. 85, 1999.Lamdo, S. K. Lectures on Generating Functions. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 2003.Leroux, P. and Miloudi, B. "Généralisations de la formule d'Otter." Ann. Sci. Math. Québec 16, 53-80, 1992.Riordan, J. Combinatorial Identities. New York: Wiley, 1979.Riordan, J. An Introduction to Combinatorial Analysis. New York: Wiley, 1980.Rosen, K. H. Discrete Mathematics and Its Applications, 4th ed. New York: McGraw-Hill, 1998.Sloane, N. J. A. and Plouffe, S. "Recurrences and Generating Functions." §2.4 in The Encyclopedia of Integer Sequences. San Diego, CA: Academic Press, pp. 9-10, 1995.Stanley, R. P. Enumerative Combinatorics, Vol. 1. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 63, 1996.Viennot, G. "Une Théorie Combinatoire des Polynômes Orthogonaux Généraux." Publications du LACIM. Québec, Montréal, Canada: Univ. Québec Montréal, 1983.Wilf, H. S. Generatingfunctionology, 2nd ed. New York: Academic Press, 1994.

在 中引用

生成函式

請引用為

Weisstein, Eric W. "生成函式。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/GeneratingFunction.html

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