排列组合

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排列组合

2023-05-28 06:28| 来源: 网络整理| 查看: 265

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隔板法是组合数学的方法,用来处理n个无差别的球放进k个不同的盒子的问题。可一般化为求不定方程的解数,并利用母函数解决问题。 隔板法与插空法的原理一样。

例子

例1.现在有10个球,要放进3个盒子里 ●●●●●●●●●● 隔2个板子,把10个球被隔开成3个部分

●|●|●●●●●●●●、●|●●|●●●●●●●、●|●●●|●●●●●●、●|●●●●|●●●●●、●|●●●●●|●●●●、●|●●●●●●|●●●、… 如此类推,10个球放进3个盒子的方法总数为 ( 10 − 1 3 − 1 ) = ( 9 2 ) = 36 {\displaystyle {\binom {10-1}{3-1}}={\binom {9}{2}}=36} (3−110−1​)=(29​)=36

n个球放进k个盒子的方法总数为 ( n − 1 k − 1 ) {\displaystyle {\binom {n-1}{k-1}}} (k−1n−1​)(普通隔板法)

问题等价于求 x 1 + x 2 + . . . + x k = n {\displaystyle x_{1}+x_{2}+...+x_{k}=n} x1​+x2​+...+xk​=n的可行解数,其中 x 1 , x 2 , . . . , x k {\displaystyle x_{1},x_{2},...,x_{k}} x1​,x2​,...,xk​为正整数。

理解隔板法

隔板法就是在n个元素间的(n-1)个空插入k-1个板子,把n个元素分成k组的方法。

应用隔板法必须满足的3个条件:

n个元素是相同的k个组是互异的每组至少分得一个元素

公式

将n个相同的求放到m个不同的盒子里的个数为: C n − 1 m − 1 C_{n-1}^{m-1} Cn−1m−1​

例如,把10个相同的球放入3个不同的箱子,每个箱子至少一个,问有几种情况? C n − 1 m − 1 = C 9 2 = 36 C_{n-1}^{m-1}=C_{9}^{2}=36 Cn−1m−1​=C92​=36

空盒子推广(添元素隔板法)

例2.现在有10个球,要放进3个盒子里,并允许空盒子。考虑10+3个球的情况:

●|●|●●●●●●●●●●●、●|●●|●●●●●●●●●●、●|●●●|●●●●●●●●●、●|●●●●|●●●●●●●●、●|●●●●●|●●●●●●●、…

每个盒子的球都被拿走一个,得到一种情况,如此类推:

||●●●●●●●●●●、|●|●●●●●●●●●、|●●|●●●●●●●●、|●●●|●●●●●●●、|●●●●|●●●●●●、…

则问题就等价于把13个相同小球放入3个不同箱子,每个箱子至少一个,有几种情况?

C n + m − 1 m − 1 = C 12 2 = 66 C_{n+m-1}^{m-1}=C_{12}^{2}=66 Cn+m−1m−1​=C122​=66

n个球放进k个盒子的方法总数(允许空盒子),等同于n+k个球放进k个盒子的方法总数(不允许空盒子),即 ( n + k − 1 k − 1 ) {\displaystyle {\binom {n+k-1}{k-1}}} (k−1n+k−1​)

问题等价于求 x 1 + x 2 + . . . + x k = n {\displaystyle x_{1}+x_{2}+...+x_{k}=n} x1​+x2​+...+xk​=n的可行解数,其中 x 1 , x 2 , . . . , x k {\displaystyle x_{1},x_{2},...,x_{k}} x1​,x2​,...,xk​为非负整数。

隔板法应用 添元素隔板法

例3.把10个相同的小球放到3个不同的箱子,第一个箱子至少1个,第二个箱子至少3个,第3个箱子可以为空,有几种情况?

分析: 我们可以在第二个箱子先放入10个小球中的2个,小球剩8个放3个箱子,然后在第三个箱子放入8个小球之外的1个小球(即补充了一个球),则问题转化为把9个相同小球放3不同箱子,每箱至少1个,几种方法? C 8 2 = 28 C_{8}^{2}=28 C82​=28

减元素隔板法

例4. 将20个相同的小球放入编号分别为1,2,3,4的四个盒子中,要求每个盒子中的球数不少于它的编号数,求放法总数。

分析:先在编号1,2,3,4的四个盒子内分别放0,1,2,3个球,剩下14个球,再把剩下的球分成4组,每组至少1个,由例1知方法有 C 13 3 = 286 C_{13}^{3}=286 C133​=286种.

添板插板法

例5.有一类自然数,从第三个数字开始,每个数字都恰好是它前面两个数字之和,直至不能再写为止,如257,1459等,这类数共有()个?

分析:因为前2位唯一确定了整个序列,只要求出前两位的所有情况即可,设前两位为a和b

显然a + b



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