Вот еще один подход, который не предполагает рекурсии. Тем не менее, он по-прежнему использует суммы и продукты, длина которых зависит от параметров. Сначала я дам выражение, потом объясню.
У нас есть
P(|L1∩L2∩⋯∩Lm|=k)=(nk)∏ni=1(nai)∑j=0min(a1,…,am)−k(−1)j(n−kj)∏l=1n(n−j−kal−j−k).
РЕДАКТИРОВАТЬ: В конце написания всего этого я понял, что мы можем немного консолидировать вышеприведенное выражение, комбинируя биномиальные коэффициенты в гипергеометрические вероятности и триномиальные коэффициенты. Что бы это ни стоило, пересмотренное выражение выглядит так:
Здесь является гипергеометрической случайной величиной, где отрисовки взяты из совокупности размера имеющей состояний успеха.
∑j=0min(a1,…,am)−k(−1)j(nj,k,n−j−k)∏l=1nP(Hyp(n,j+k,al)=j+k).
Hyp(n,j+k,al)alnj+k
отвлечение
Давайте получим некоторые обозначения, чтобы сделать комбинаторные аргументы немного легче для отслеживания (надеюсь). Повсюду мы рассматриваем и фиксированными. Мы будем использовать для обозначения набора упорядоченных кортежей , где каждый , удовлетворяющийSa1,…,amC(I)m(L1,…,Lm)Li⊆S
- |Li|=ai ; а также
- L1∩⋯∩Lm=I .
Мы также будем использовать для идентичной коллекции, за исключением того, что нам требуется вместо равенства.C′(I)L1∩⋯∩Lm⊇I
Ключевое наблюдение заключается в том, что относительно легко сосчитать. Это потому, что условие эквивалентно для всех , поэтому в некотором смысле это устраняет взаимодействия между различными значениями . Для каждого число удовлетворяющих требованию, равно , поскольку мы можем построить такое , выбрав подмножество размераа затем unioning с . Это следует из того
C′(I)L1∩⋯∩Lm⊇ILi⊇IiiiLi(|S|−|I|ai−|I|)LiS∖Iai−|I|I
|C′(I)|=∏i=1n(|S|−|I|ai−|I|).
Теперь наша первоначальная вероятность может быть выражена через следующим образом:
C
P(|L1∩L2∩⋯∩Lm|=k)=∑I:|I|=k|C(I)|∑all I⊆S|C(I)|.
Мы можем сделать два упрощения здесь прямо сейчас. Во-первых, знаменатель такой же, как
Во-вторых, аргумент перестановки показывает, чтозависит только от через кардинальность, Поскольку существуют подмножества в имеющие мощность , из этого следует, что
где - произвольное фиксированное подмножество имеющее мощность
|C′(∅)|=∏i=1n(|S|ai)=∏i=1n(nai).
|C(I)|I|I|(nk)Sk∑I:|I|=k|C(I)|=(nk)|C(I0)|,
I0Sk .
Сделав шаг назад, мы теперь сократили проблему до показа, что
|C(I0)|=∑j=0min(a1,…,am)−k(−1)j(n−kj)∏l=1n(n−j−kal−j−k).
Пусть будут различными подмножествами образованными путем добавления ровно одного элемента в . Тогда
(Это просто говорит о том, что если , то содержит но также не содержит никаких дополнительных элементов.) Теперь мы преобразовали проблему -counting в проблему -counting, которую мы знаем больше, как ее решить. Более конкретно, у нас есть
J1,…,Jn−kSI0
C(I0)=C′(I0)∖(⋃i=1n−kC′(Ji)).
L1∩⋯∩Lm=I0L1∩⋯∩LmI0CC′|C(I0)|=|C′(I0)|−∣∣∣⋃i=1n−kC′(Ji)∣∣∣=∏l=1n(n−kal−k)−∣∣∣⋃i=1n−kC′(Ji)∣∣∣.
Мы можем применить включение-исключение, чтобы обработать размер выражения объединения выше. Здесь решающее значение имеет то, что для любого непустого ,
Это потому, что если содержит число , то оно также содержит их объединение. Также отметим, что множество имеет размер, Следовательно
I⊆{1,…,n−k}
⋂i∈IC′(Ji)=C′(⋃i∈IJi).
L1∩⋯∩LmJi⋃i∈IJi|I0|+|I|=k+|I|∣∣∣⋃i=1n−kC′(Ji)∣∣∣=∑∅≠I⊆{1,…,n−k}(−1)|I|−1∣∣∣⋂i∈IC′(Ji)∣∣∣=∑j=1n−k∑I:|I|=j(−1)j−1∏l=1n(n−j−kal−j−k)=∑j=1n−k(−1)j−1(n−kj)∏l=1n(n−j−kal−j−k).
(Здесь мы можем ограничить значения поскольку произведение биномиальных коэффициентов равно нулю, если только для всех , т.е. .)
jj≤al−klj≤min(a1,…,am)−k
Наконец, подставляя выражение в конце в уравнение дляВыше и, суммируя сумму, получаем
как заявлено.|C(I0)|
|C(I0)|=∑j=0min(a1,…,am)−k(−1)j(n−kj)∏l=1n(n−j−kal−j−k)