排列組合

排列組合

組合學最基本的概念
排列組合是組合學最基本的概念。所謂排列,就是指從給定個數的元素中取出指定個數的元素進行排序。組合則是指從給定個數的元素中僅僅取出指定個數的元素,不考慮排序。[1]排列組合的中心問題是研究給定要求的排列和組合可能出現的情況總數。排列組合與古典概率論關系密切,是進一步學習的基礎。
    中文名:排列組合 外文名:Permutation and Combination 定義: 應用學科:數學 适用領域範圍:概率論

發展曆程

雖然數數始于結繩計數的遠古時代,由于那時人的智力的發展尚處于低級階段,談不上有什麼技巧。随着人們對于數的了解和研究,在形成與數密切相關的數學分支的過程中,如數論、代數、函數論以至泛函的形成與發展,逐步地從數的多樣性發現數數的多樣性,産生了各種數數的技巧。

由此觀之,組合學與其他數學分支有着必然的密切聯系。它的一些研究内容與方法來自各個分支也應用于各個分支。當然,組合學與其他數學分支一樣也有其獨特的研究問題與方法,它源于人們對于客觀世界中存在的數與形及其關系的發現和認識。例如,中國古代的《易經》中用十個天幹和十二個地支以六十為周期來記載月和年,以及在洛書河圖中關于幻方的記載,是人們至今所了解的最早發現的組合問題甚或是架構語境學。

基本簡介

排列分類:選排列和全排列,可重複排列,不盡相異元素的全排列,環狀排列

組合分類:通常意義的組合,可重複排列

公式

排列的定義及其計算公式:從n個不同元素中,任取m(m≤n,m與n均為自然數,下同)個元素按照一定的順序排成一列,叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個排列;從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素的所有排列的個數,叫做從n個不同元素中取出m個元素的排列數,用符号A(n,m)表示。A(n,m)=n(n-1)(n-2)……(n-m+1)=n!/(n-m)!此外規定0!=1

組合的定義及其計算公式:從n個不同元素中,任取m(m≤n)個元素并成一組,叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個組合;從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素的所有組合的個數,叫做從n個不同元素中取出m個元素的組合數。用符号C(n,m)表示。C(n,m)=A(n,m)∧2/m!=A(n,m)/m!;C(n,m)=C(n,n-m)。(其中n≥m)

其他排列與組合公式從n個元素中取出m個元素的循環排列數=A(n,m)/m=n!/m(n-m)!.n個元素被分成k類,每類的個數分别是n1,n2,...nk這n個元素的全排列數為n!/(n1!×n2!×...×nk!).k類元素,每類的個數無限,從中取出m個元素的組合數為C(m+k-1,m)。

符号

C-Combination組合數

A-Arrangement排列數(在舊教材為P-Permutation)

N-元素的總個數

M-參與選擇的元素個數

!-階乘

基本計數原理

⑴加法原理和分類計數法

⒈加法原理:做一件事,完成它可以有n類辦法,在第一類辦法中有m1種不同的方法,在第二類辦法中有m2種不同的方法,……,在第n類辦法中有mn種不同的方法,那麼完成這件事共有N=m1+m2+m3+…+mn種不同方法。

⒉第一類辦法的方法屬于集合A1,第二類辦法的方法屬于集合A2,……,第n類辦法的方法屬于集合An,那麼完成這件事的方法屬于集合A1UA2U…UAn。

⒊分類的要求:每一類中的每一種方法都可以獨立地完成此任務;兩類不同辦法中的具體方法,互不相同(即分類不重);完成此任務的任何一種方法,都屬于某一類(即分類不漏)。

⑵乘法原理和分步計數法

⒈乘法原理:做一件事,完成它需要分成n個步驟,做第一步有m1種不同的方法,做第二步有m2種不同的方法,……,做第n步有mn種不同的方法,那麼完成這件事共有N=m1×m2×m3×…×mn種不同的方法。

⒉合理分步的要求

任何一步的一種方法都不能完成此任務,必須且隻須連續完成這n步才能完成此任務;各步計數相互獨立;隻要有一步中所采取的方法不同,則對應的完成此事的方法也不同。

二項式定理

(a+b)^n=Σ(0->n)C(in)a^(n-i)b^i

通項公式:a_(i+1)=C(in)a^(n-i)b^i

二項式系數:C(in)

楊輝三角:右圖。兩端是1,除1外的每個數是肩上兩數之和。

系數性質:⑴和首末兩端等距離的系數相等。

⑵當幂指數是奇數時,中間兩項最大且相等。

⑶當幂指數是偶數時,中間一項最大。

⑷奇數項和偶數項總和相同,都是2^(n-1)。

⑸所有系數總和是2^n。

著名問題

計算一些物品在特定條件下分組的方法數目。這些是關于排列、組合和整數分拆的。

地圖着色問題:對世界地圖着色,每一個國家使用一種顔色。如果要求相鄰國家的顔色相異,是否總共隻需四種顔色?這是圖論的問題。

船夫過河問題:船夫要把一匹狼、一隻羊和一棵白菜運過河。隻要船夫不在場,羊就會吃白菜、狼就會吃羊。船夫的船每次隻能運送一種東西。怎樣把所有東西都運過河?這是線性規劃的問題。

中國郵差問題:由中國組合數學家管梅谷教授提出。郵遞員要穿過城市的每一條路至少一次,怎樣行走走過的路程最短?這不是一個NP完全問題,存在多項式複雜度算法:先求出度為奇數的點,用匹配算法算出這些點間的連接方式,然後再用歐拉路徑算法求解。這也是圖論的問題。

任務分配問題(也稱婚配問題):有一些員工要完成一些任務。各個員工完成不同任務所花費的時間都不同。每個員工隻分配一項任務。每項任務隻被分配給一個員工。怎樣分配員工與任務以使所花費的時間最少?這是線性規劃的問題。

如何構作幻方。

大樂透

概述

定義

公式P是指排列,從N個元素取R個進行排列(即排序)。

公式C是指組合,從N個元素取R個,不進行排列(即不排序)。

排列:從N個不同元素中,任取M(M<=N)個元素,按照一定的順序排成一列,叫做從N個不同元素中取出M個元素的一個排列。

排列數:從N個不同元素中取出M(M<=N)個元素的所有排列的個數,叫做從N個不同元素中取出M個元素的排列數。記作:Pmn

排列數公式:Pmn=n(n-1)(n-2)...(n-m1)

全排列:N個不同元素全部取出的一個排列,叫做N個不同元素的一個全排列。

自然數1到N的連乘積,叫做N的階乘。記作:n!(0!=1)

全排列公式:PNN=n!

排列數公式還可寫成:Pmn=n!/(n-m)!

加法原理:做一件事,完成它可以有N類加法,在第一類辦法中有M1種不同的方法,在第二類辦法中有M2種不同的方法,...,在第N類辦法中有MN種不同的方法。那麼完成這件事共有N=M1M2...MN種不同的方法。

乘法原理:做一件事,完成它需要分成N個步驟,做第一步有M1種不同的方法,做第二步有M2種不同的方法,...,做第N步有MN種不同的方法,那麼完成這件事共有N=M1×M2×...×MN種不同的方法。

C-組合數

P-排列數

N-元素的總個數

R參與選擇的元素個數

!-階乘,如5!=5*4*3*2*1=120

組合:從N個不同元素中,任取M(M<=N)個元素并成一組,叫做從N個不同元素中取出M個元素的一個組合。

排列與元素的順序有關,組合與元素的順序無關。

組合數:從N個不同元素中取出M(M<=N)個元素的所有組合的個數,叫做從N個不同元素中取出M個元素的組合數。記作:Cmn

組合數公式:Cmn=Pmn/Pmm=n(n-1)(n-2)...(n-m1)/m!=n!/m!/(n-m)!

組合性質1:Cmn=Cn-mn(C0n=1)

組合性質2:Cmn1=CmnCm-1n

C-Combination組合

P-Permutation排列

排列的變化

排列的變化,排列數“P”現在已成了“A”,P是舊用法,現在教材上多用A,即Arrangement也就是說,“P33”已成了“A33”.高考、中考也是這樣,希望大家改過來!

小學排列組合公式

1、“Cmn”=“Cm(m-n)”

2、“Cm0(m大于0)”=1

3、“Cm0”“Cm1”......“Cm10”=2的m次方

舉例分析

排列、組合的概念具有廣泛的實際意義,解決排列、組合問題,關鍵要搞清楚是否與元素的順序有關。複雜的排列、組合問題往往是對元素或位置進行限制,因此掌握一些基本的排列、組合問題的類型與解法對學好這部分知識很重要。

排列與組合的區别與聯系:與順序有關的為排列問題,與順序無關的為組合問題。

解決排列組合問題要講究策略,首先要認真審題,弄清楚是排列(有序)還是組合(無序),還是排列與組合混合問題。其次,要抓住問題的本質特征,準确合理地利用兩個基本原則進行“分類與分步”。

加法原理的特征是分類解決問題,分類必須滿足兩個條件:①類與類必須互斥(不相容),②總類必須完備(不遺漏);乘法原理的特征是分步解決問題,分步必須做到步與步互相獨立,互不幹擾并确保連續性。分類與分步是解決排列組合問題的最基本的思想策略,在實際操作中往往是“步”與“類”交叉,有機結合,可以是類中有步,也可以是步中有類。

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