排列組合問題的一些整理

2022-03-03 18:08:05 字數 3620 閱讀 9242

加法原理是分類計數原理,常用於排列組合中,具體是指:做一件事情,完成它有n類方式,第一類方式有m1種方法,第二類方式有m2種方法,……,第n類方式有mn種方法,那麼完成這件事情共有m1+m2+……+mn種方法。

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。

這個題因為和dp結合,狀態設計比較難想。但是當我們用\(f[i][j][k]\)來表示到第i行,其中j列擺放了乙個棋子,k列擺放了兩個棋子之後,我們不難發現狀態的轉移就是其實就是加法原理和乘法原理的應用:

以下是核心**:

dp[i][j][k]=(dp[i][j][k]+dp[i-1][j][k])%mod;

//這一行什麼都不放

dp[i][j-1][k+1]=(dp[i][j-1][k+1]+j*dp[i-1][j][k])%mod;

//這一行在原先只有乙個棋子的那一列放乙個棋子

dp[i][j+1][k]=(dp[i][j+1][k]+(m-k-j)*dp[i-1][j][k])%mod;

//這一行在原先沒有棋子的那一列放乙個棋子

dp[i][j+2][k]=(dp[i][j+2][k]+(m-k-j)*(m-k-j-1)/2*dp[i-1][j][k])%mod;

//這一行在原先沒有棋子的兩列分別擺放乙個棋子

dp[i][j][k+1]=(dp[i][j][k+1]+(m-k-j)*dp[i-1][j][k]*j)%mod;

//這一行在原先有乙個棋子和沒有棋子的兩列分別放乙個

dp[i][j-2][k+2]=(dp[i][j-2][k+2]+j*(j-1)/2*dp[i-1][j][k])%mod;

//這一行在原先有乙個棋子的兩列分別擺放乙個棋子

乙個與分類有關,乙個與分步有關;加法原理是 「分類完成」,乘法原理是 「分步完成」。

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\(m\)個元素的乙個排列;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\(m\)個元素的排列數,用符號\(a_n^m\) 表示。

\(a_n^m=\frac\)

1、全排列問題

\(a_n^n=n(n-1)(n-2)...3\times 2\times 1=n!\)

2、部分排列

就是上面的計算公式qwq

\(n\)個人中選\(m\)(\(m<=n\)) 個出來,不排隊,不在乎順序就是\(c_n^m\)。

它和排列有關係為:\(c_n^m\times a_m^m=c_n^m\times m!=a_m^n\)

(解釋:因為要考慮順序,選出來的那m個人還需要全排列)

1、\(c_m^n=\frac\)

2、\(c_m^n=c_m^\)

3、\(c_m^n=c_^n+c_^\)

4、\(c_m^=\frac\times (m-n)}\)

5、\(c_^+c_^+c_^+...+c_^=2^\)

\(∵c_^=\frac\)

\(∵c_^=\frac\)

\(∴c_^=\frac=\frac\)

\(∵c_^=\frac=\frac\)

\(∴c_^+c_^\)

\(=\frac+\frac\)

\(=\frac\)

\(=c_m^n\)

假設現在有n個元素,對於第一類元素\(n_1\),有sum1個重複,第二類元素\(n_2\),有sum2個重複......第m類元素\(n_m\),有summ個重複,總方案數為:

\[\frac

\]附上一張來自wikipedia的圖幫助理解:

上面講解的是有限的可重複元素排列問題,下面講無限的可重複元素排列問題(就是每個元素都可以用無限多次參與排列)

現在我們從m個元素中選擇k個元素的,然後我們將這k個元素進行排序之後應該是這個樣子:(設我們選擇的數為編號為\(a_i\)

\(1<=a_1<=a_2<=......<=a_k<=m\)

那麼現在我們將等於號消去:

\(1<=a_1<=a_2+1<=a_3+2<=......<=a_k+k-1<=m+k-1\)

現在我們設\(b_i=a_i+i-1\),那麼很容易我們可以發現

\(1<=b_1

那麼現在問題就轉換成了在\([1,n+k-1]\)中選擇k個不重複的元素了,那麼根據我們的組合公式,自然是\(c_^k\)了qwq

同理還有求編號在1~n的元素中取k個元素,使得他們的編號不相鄰。公式是一樣的,證明也是一樣的。

這裡有一張來自wikipedia的圖,我覺得特別棒

二項式的係數公式:

\((x+y)^n=c_n^0x^ny^0+c_n^1x^y^1+......+c_n^nx^0y^n\)

(可以看到,其實也可以用楊輝三角表示)

綜合起來就是

\((x+y)^n=\sum_^n\times c_n^k\times x^\times y^k\)

錯排就是諸如有1~n n個人,每個人按照1~n進行編號,現在要讓他們排成一隊,但是每個人不能在自己編號上的問題。

對於這個問題,luogu**已經有專門的一期來進行詳細的講解~~

傳送門——戳我~~

錯排的遞推公式:

\(dp[1]=0\)

\(dp[2]=1\)

\(dp[i]=(n-1)(dp[i-1]+dp[i-2])\)

從n個不同元素中不重複地取出m(1≤m≤n)個元素在乙個圓周上,叫做這n個不同元素的圓排列。如果乙個m-圓排列旋轉可以得到另乙個m-圓排列,則認為這兩個圓排列相同。

n個不同元素的m-圓排列個數n為:

\(a_n^m/m=\frac\)

特別地,當m=n時,n個不同元素作成的圓排列總數n為: \(n=(n-1)!\)

現在乙個環被分成了n段,要求每一段上都塗上顏色。一共有k種不同的顏色,塗好之後兩兩相鄰顏色不能相同。問有多少種塗色方案?

這個問題我們可以這樣考慮:

第一種情況:如果我們把原先的環看作只有\(n-1\)段,進行塗色,那麼就是子問題\(a_\),而且因為現在兩兩相鄰的一定顏色不同,所以這時候我們再新增乙個的話就是乘上\(m-2\);

第二種情況:我們把原先的環看作\(n-2\)段,,這樣的話轉換成了\(a_\)的子問題,然後我們隨意將一段分為兩段,這時候還差一段,在兩個相同顏色中間插入一種顏色,自然是有\(m-1\)種選擇方法。

遞推公式整理如下:

\(a_n=(m-2)a_+(m-1)a_\)

這是乙個二階常係數遞推式,推導之後通項公式如下:

\(a_n=(m-1)^n+(-1)^n\times (m-1)\)

1、如果p是質數而且比較小\((<=10^5)\),可以使用lucas定理

2、如果\(n,m<=10^6,p<=10^9\) 可以先預處理出來逆元,然後直接算qwq

\(c_n^i+c_^i+...+c_^i=c_^-c_^\)

具體就是可以把右邊的那個減數轉移到左邊來。。其他的合併很直觀了qwq

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