1~9九个数字,每组3个,可以分多少组?怎么计算的?
这是:排列(Permutation)和组合(Combination)的基本概念和两个基本公式。
"排列"的最直观意义,就是给定n个"可区别"(Distinguishable,亦作"相异")的物件,现把这n个物件的全部或部分排次序,"排列"问题就是求不同排列方式的总数。为了区别这些物件,我们可不妨给每个物件一个编号:1、2 ... n,因此"排列"问题实际等同於求把数字1、2 ... n的全部或部分排次序的方式总数。"排列"问题可分为"全排列"和"部分排列"两种,当我们把给定的n个数字1、2 ... n全部排次序,求有多少种排法时,就是"全排列"问题。我们可以把排序过程分解为n个程序:第一个程序决定排於第一位的数字,第二个程序决定排於第二位的数字...第n个程序决定排於第n位的数字。在进行第一个程序时,有n个数字可供选择,因此有n种选法。在进行第二个程序时,由於在前一程序已选定了一个数字,现在可供选择的数字只剩下n − 1个,因此有n − 1种选法。在进行第三个程序时,由於在前一程序已选定了一个数字,现在可供选择的数字只剩下n − 2个,因此有n − 2种选法。如是者直至第n个程序,这时可供选择的数字只剩下1个,因此只有1种选择。由於以上各程序是"各自独立"的,我们可以运用"乘法原理"求得答案为n × (n − 1) × (n − 2) × ... 2 × 1。在数学上把上式简记为n!,读作"n阶乘"(n-factorial)。
例如:1至3这3个数字进行"全排列",共有多少种排法?试列出所有排法。
答1:共有3! = 3 × 2 × 1 = 6种排法,这6种排法为1-2-3;1-3-2;2-1-3;2-3-1;3-1-2;3-2-1
当然,给定n个数字,我们不一定非要把全部n个数字排序不可,我们也可只抽取部分数字(例如r个,r < n)来排序,并求有多少种排法,这样的问题就是'部分排列'问题。我们可以把'部分排列'问题理解成抽东西的问题。设在某袋中有n个球,每个球都标了编号1、2 ... n。现从袋中抽r个球出来(抽出来之後不得再放回袋中),并把球上的数字按被抽出来的顺序记下,这r个数字的序列实际便等同於一个排序。'部分排列'问题的解答跟'全排列'问题非常相似,只不过现在我们是把排序过程分解为r个而非n个步骤。进行第一个程序时,有n个数字可供选择,因此有n种选法。在进行第二个程序时,由於在前一程序已选定了一个数字,现在可供选择的数字只剩下n − 1个,因此有n − 1种选法。在进行第三个程序时,由於在前一程序已选定了一个数字,现在可供选择的数字只剩下n − 2个,因此有n − 2种选法。如是者直至第r个程序,这时可供选择的数字只剩下n − r + 1个,因此只有n − r + 1种选择。最後,运用'乘法原理'求得答案为n × (n − 1) × (n − 2) × ... (n − r + 1)。
我们可以把上式改写为更简的形式n! / (n − r)!,为甚麼可以这样改写?这要用到n!的定义和乘法的结合律。举一个简单的例子,由於5! = 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 5 × (4 × 3 × 2 × 1) = 5 × 4!。同样由於5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 5 × 4 × (3 × 2 × 1),我们又可得5! = 5 × 4 × 3!。抽象地看,我们可以把n!改写为n × (n − 1)!,也可以改写为n × (n − 1) × (n − 2)!照此类推,我们可以把n!改写为n × (n − 1) × (n − 2) × ... (n − r + 1) × (n − r)!。由此得n! / (n − r)! = n × (n − 1) × (n − 2) × ... (n − r + 1)。在'点算组合学'上,一般把上述'部分排列'的解记为P(n, r)。至此我们求得'排列'问题的一条基本公式:
P(n, r) = n! / (n − r)!