在组合数合里,贝尔数给出了集合划分的数目,以数学家埃里克·坦普尔·贝尔(Eric Temple Bell)命名,是组合数学中的一组整数数列。[1]
以B0= B1=1为始, 首几项的贝尔数为:1, 1, 2, 5, 15, 52, 203, 877, 4140, 21147, 115975, …(OEIS的A000110数列)
_B__n_是基数为_n_的集合划分数目。集合S_的一个划分是定义为_S_的两两不相交的非空子集的族,它们的并是_S。例如_B_3 = 5因为3个元素的集合{a, b, c}有5种不同的划分方法:
1 *{{a}, {b}, {c}}
1 *{{a}, {b, c}}
1 *{{b}, {a, c}}
1 *{{c}, {a, b}}
1 *{{a, b, c}}
_B_0是1因为空集
正好有1种划分方法。划分的定义要求空集的划分中的每个成员都是非空集合,而它们的并是
本身。所以
是它自身的唯一划分。(这是定义所允许的因为
)
2公式编辑#
贝尔数适合递推公式:
它们也适合“Dobinski公式”:
它们也适合“Touchard同余”:若p是任意质数,那么
每个贝尔数都是"第二类Stirling数"的和
Stirling数S(n, k)是把基数为n的集划分为正好k个非空集的方法的数目。
把任一概率分布的n次矩以首n个累积量表示的多项式,其系数和正是第n个贝尔数。这种数划分的方法不像用Stirling数那个方法粗糙。
贝尔数的指数母函数是
3贝尔三角形编辑#
用以下方法建构一个三角矩阵(形式类似杨辉三角形):
(1) 第一行第一项是1(a_{1,1} = 1)
(2) 对于_n_>1,第n行第一项等同第n-1行最后一项。(
)
(3) 对于_m_,n>1,第n行第m项等于它左边和左上方的两个数之和。(
)
结果如下:(OEIS的A011971数列[2] )
每行首项是贝尔数。每行之和是第二类Stirling数。
这个三角形称为贝尔三角形、Aitken阵列或Peirce三角形(Bell triangle, Aitken’s array, Peirce triangle)。