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离散数学基础:排列与组合

思维导图

排列组合计数问题

排列

记号

P(n,r)=Pnr=Anr

描述

  • n 个(可区别的)物体

  • n 个物体的 r-排列

    • n 个物体的 n-排列,或 n 个物体的全排列
  • 集合 S,|S|=n

  • S 的 r-排列

    • S 的 n-排列,或 S 的全排列

公式

  • -
P(n,r)=n!(nr)!
P(n,n)=n!
P(n,r)={n!(nr)!,0r<nn!,r=n0,r>n

组合

记号

  • 通常将第三个称为二项式系数
C(n,r)=Cnr=(nr)

描述

  • n 个(可区别的)物体

  • n 个物体的 r-组合

  • 集合 S,|S|=n

  • S 的 r-组合

  • 长度为 n 的二进制串

  • 长度为 n 且含 r 个 1(或 0)的二进制串数

公式

C(n,r)=C(r,n)=P(n,r)P(r,r)={n!r!(nr)!,0rn0,r>n

组合证明

(不严谨)

双计数证明

  • 论证等式两边是针对同一集合元素的不同计数方法

双函数证明

  • 论证等式两边虽然是针对两个不同的集合的元素进行计数,但这两个集合之间存在双函数

代数证明

(严谨)

利用数学归纳法、组合数、排列数等计算公式的证明

二项式定理

(x+y)n=k=0n(nk)xkynk

二项式定理的组合数推论

k=0n(nk)=2n

帕斯卡等式

(nk)=(n1k)+(n1k1)

递推式

r(nr)=(nr+1)(nr1)1r<n

r(nr)=n(n1r1)1r<n

乘积化简式

(nm)(mk)=(nk)(nkmk)kmn

上下标求和式

朱世杰恒等式

Hockeystick 等式

(m+r+1r)=k=0r(m+km)=(mm)+(m+1m)+...+(m+rm)=k=0r(m+kk)=(m0)+(m+11)+...+(m+rr)

令 n=r+1 可得到上面 Hockeystick 等式

k=0n(km)=(0m)+(1m)+...+(nm)=(n+1m+1)

朱世杰-范德蒙等式

k=0r(mrk)(nk)=(m+nr)=(mr)(n0)+(mr1)(n1)+...+(m1)(nr1)+(m0)(nr)