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環排列/母函式/唯一分解定理/容斥原理/抽屜原理/卡特蘭數/斯特林公式/黙慈金數/貝爾數/那羅延數

環排列

把一個m個元素的環在m個不同的位置拆開記得到m個不同的線排列。由於n個不同元素中任取m個元素的排列方法為P(n,m)種,所以n個不同元素中任取m個元素的環排列方法有P(n,m)/m種。

特別的,n個不同元素的環排列方法有P(n,n)/n=(n-1)!種。

permutation

排列(Arrangement),簡單講是從N個不同元素中取出M個,按照一定順序排成一列,通常用A(M,N)表示。當M=N時,稱為全排列(Permutation)。從數學角度講,全排列的個數A(N,N)=(N)*(N-1)*...*2*1=N!,但從程式設計角度,如何獲取所有排列?那麼就必須按照某種順序逐個獲得下一個排列,通常按照升序順序(字典序)

獲得下一個排列。

例如對於一個集合A={1,2,3,},首先獲取全排列a1: 1,2,3,;然後獲取下一個排列a2: 1,3,2,;按此順序,A的全排列如下:

a1: 1,2,3;  a2: 1,3,2;  a3: 2,1,3;  a4: 2,3,1;  a5: 3,1,2;  a6: 3,2,1;  共6種。

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母函式

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算術基本定理(唯一分解定理)

一句話:
    
任何大於1的自然數,都可以唯一分解成有限個質數的乘積

例如對於大於1的自然數n,
來自維基百科
這裡Pi

均為質數,其指數ai

是正整數。
這樣的分解稱為的標準分解式

唯一分解定理具有:
 ①唯一性(分配方式的唯一性)
 ②存在性    

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容斥原理

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抽屜原理

桌上有十個蘋果,要把這十個蘋果放到九個抽屜裡,無論怎樣放,我們會發現至少會有一個抽屜裡面至少放兩個蘋果。這一現象就是我們所說的“抽屜原理”。 抽屜原理的一般含義為:“如果每個抽屜代表一個集合,每一個蘋果就可以代表一個元素,假如有n+1個元素放到n個集合中去,其中必定有一個集合裡至少有兩個元素。” 抽屜原理有時也被稱為鴿巢原理。它是組合數學中一個重要的原理.

原理1: 把多於n+1個的物體放到n個抽屜裡,則至少有一個抽屜裡的東西不少於兩件。

相對:把(mn-1)個物體放入n個抽屜中,其中必有一個抽屜中至多有(m—1)個物體。

整除問題:

 證明:任取8個自然數,必有兩個數的差是7的倍數。

其實問是否有兩個數差是7的倍數,實際上就是,是否兩個數他們在mod 7的剩餘系中代表同一個數

因為mod 7的剩餘系只有7個數,所以,根據鴿巢原理,證明成立

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卡特蘭數

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斯特林公式

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黙慈金數

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那羅延數

N(n,k) = 1/n * C(n,k) * C(n,k-1)

在由n對"("和")"組成的字串中,共有k對"("與")"相鄰,這樣的字串一共有N(n,k)個。例如n=4,k=2時,N(n,k)=6

性質:

那羅延三角中每一行的和為卡特蘭數,即
N(n,1) + N(n,2) + N(n,3) + ... + N(n,n) = Catalan(n)

由下面的例子可以證明上面的公式。考慮從(0,0)到(2n,0),只有(1,1)和(-1,-1)兩種移動方式,且要求運動軌跡不能低於x軸,一共有多少種情況。