【求组合数模板】

本文介绍了一种使用动态规划思想计算组合数C(n, k)的算法实现。通过二维数组存储中间结果来避免重复计算,提高了效率。算法中还考虑了取模运算以适应大数情况。

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    for (int i = 0; i <= n; ++i) {
            C[i][0] = 1 % P;
            for (int j = 1; j <= i; ++j) {
                C[i][j] = (C[i - 1][j] + C[i - 1][j - 1]) % P;
            }
        }

在编程竞赛或算法实现中,计算组合数(即 $ C(n, m) $)是一个常见的需。由于直接计算阶乘并相除容易导致数据溢出,尤其是在 C++ 等语言中,因此通常会采用模运算和逆元等技巧来优化计算过程。以下是几种适用于不同编程语言的组合数计算模板。 ### Python 实现 Python 的整数精度较高,因此可以直接使用阶乘的方式计算组合数,但这种方式在数据规模较大时效率较低。为了提高性能,可以使用模运算和预处理阶乘及逆元数组的方式。 #### 直接计算组合数(适合小规模) ```python import math def combination(n, m): return math.factorial(n) // (math.factorial(m) * math.factorial(n - m)) ``` #### 预处理阶乘和逆元(适合大规模模运算) ```python MOD = 10**9 + 7 MAX = 10**5 + 5 fact = [1] * MAX inv_fact = [1] * MAX # 预处理阶乘 for i in range(1, MAX): fact[i] = fact[i - 1] * i % MOD # 快速幂逆元 def mod_pow(a, b, mod): result = 1 a %= mod while b: if b % 2: result = result * a % mod a = a * a % mod b //= 2 return result # 预处理逆元阶乘 inv_fact[MAX - 1] = mod_pow(fact[MAX - 1], MOD - 2, MOD) for i in range(MAX - 2, 0, -1): inv_fact[i] = inv_fact[i + 1] * (i + 1) % MOD def comb(n, m): if m < 0 or m > n: return 0 return fact[n] * inv_fact[m] % MOD * inv_fact[n - m] % MOD ``` ### C++ 实现 在 C++ 中,由于整数溢出问题较为严重,通常采用模运算结合逆元的方法来计算组合数。 #### 预处理阶乘和逆元(适合大规模模运算) ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; const long long MOD = 1e9 + 7; const int MAX = 1e5 + 5; long long fact[MAX]; long long inv_fact[MAX]; // 快速幂逆元 long long mod_pow(long long a, long long b, long long mod) { long long res = 1; a %= mod; while (b) { if (b % 2) res = res * a % mod; a = a * a % mod; b /= 2; } return res; } void precompute() { fact[0] = 1; for (int i = 1; i < MAX; ++i) fact[i] = fact[i - 1] * i % MOD; inv_fact[MAX - 1] = mod_pow(fact[MAX - 1], MOD - 2, MOD); for (int i = MAX - 2; i >= 0; --i) inv_fact[i] = inv_fact[i + 1] * (i + 1) % MOD; } long long comb(int n, int m) { if (m < 0 || m > n) return 0; return fact[n] * inv_fact[m] % MOD * inv_fact[n - m] % MOD; } int main() { precompute(); cout << comb(100000, 50000) << endl; return 0; } ``` ### 总结 在编程竞赛中,计算组合数时应优先考虑使用模运算与逆元的方法,以避免数据溢出问题[^3]。同时,预处理阶乘和逆元数组可以显著提高多次查询的效率。
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