2022年排列与组合基础知识 .pdf
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1、信息学奥林匹克竞赛辅导排列与组合基础知识第 1 页排列与组合基础知识有关排列与组合的基本理论和公式:加法原理:做一件事,完成它可以有n 类办法,在第一类办法中有m1种不同的方法,在第二类中办法中有m2种不同的方法,在第n 类办法中有mn种不同方法。那么完成这件事共有Nm1m2 mn种不同的方法,这一原理叫做加法原理。乘法原理:做一件事,完成它需要分成n 个步骤,做第一步有m1种不同的方法,做第二步有m2种不同的方法,做第 n 步有 mn种不同的方法,那么完成这件事共有Nm1m2mn种不同的方法,这一原理叫做乘法原理。公式:阶乘公式!(1)(2)3 2 1nnnn,规定 0!1;全排列公式!nn
2、Pn选排列公式!(1)(2)(1)()!mnnPn nnnmnm、mmmnnmPCP圆排列:n 个不同元素不分首位围成一个圆圈达到圆排列,则排列数为:!(1)!nnn组合数公式(1)(2)(1)!()!mmnnmmPn nnnmnCPmm nm、规定01nCmn mnnCC、11mmmnnnCCC、0122nnnnnnCCCC)提示:(1)全排列问题和选排列问题,都可根据乘法原理推导出来。(2)书写方式:rnP记为 P(n,r);rnC记为 C(n,r)。加法原理例题:图1中从 A 点走到 B 点共有多少种方法?(答案:4 239)乘法原理例题:图2中从 A 点走到 B 点共有多少种方法?(答
3、案:4 624)加法原理与乘法原理综合:图3、图 4 中从 A 走到 B 共有多少种方法?(答案:28、42)A B 图 1 A B 图 2 A B 图 3 A B 图 4 信息学奥林匹克竞赛辅导排列与组合基础知识第 2 页注意:在信息学奥赛中,有许多只需计数而不需具体方案的问题,都可以通过思维转换或方法转换,最后变为两类问题:一类是转变为排列组合问题,另一类是转变为递推公式问题。因此对于加法原理、乘法原理、排列、组合等知识,需要非常熟练,以达到简化问题的目的。加法原理、乘法原理、排列、组合例题:1.(1)用数字 0、1、2、3 能组成多少个三位数?(2)要求数字不能重复,又能组成多少个三位数
4、?(提示:(1)先确定百位数,只能是1、2、3 之间的数字;再确定十位数,可以为0、1、2、3 任何一个;最后确定个位数,可以为0、1、2、3任何一个。根据乘法原理,共有34448 个。(2)同理,先确定百位数、再确定十位数、最后确定个位数,根据乘法原理,共有3 32 个)2.国际会议洽谈贸易,有5 家英国公司,6 家日本公司,8家中国公司,彼此都希望与异国的每个公司单独洽谈一次,问需要安排多少个会谈场次?(提示:共分为中英、中日、英日会谈三类,对于中英会谈,先选定中方公司有8 种选法,在选定英方公司有5 种选法,故根据乘法原理有58:同理中日86;英日 56;总的会谈:118)3.有编号为1
5、、2、3、4、5 的五本书需要摆放在书架上,问有多少种不同的摆放方案数。(提示:此题为全排列,故摆放方案总数为P(5,5)=5!=120 种。也可以按乘法原理思考,即摆放第一本书有5 种选择,摆放第二本数有4 种选择,,,最后结果为5432 1 即 5!)4.有编号为1、2、3、4、5 的五本书需要任选3 本书摆放在书架上,问有多少种不同方案。(提示:可根据选排列公式计算,总数为P(5,3)。也可以根据乘法原理计算,答案为54 360)5.有编号为1、2、3、4、5 的五本书需要任选3 本书,问有多少种方法。(提示:此题为组合问题,答案为355433!C10)6.五种不同颜色的珠子串成一圈项链
6、,问有多少种不同的方法。(提示:此题属于圆排列问题,答案为(5 1)!24)7.把两个红色球、两个蓝色球、三个黄色球摆放在球架上,问有多少种方案。(提示:此题为排列问题。摆放方案总数为(223)!种,但是两个红球一样,所以要除以2!,同理两个蓝球,除以2!,三个黄球,除以3!,即摆放方案总数为(223)!2102!2!3!)8.有男女各5 人,其中3 对是夫妻,他们坐成一排,若每对夫妻必须相邻而坐,问有多少种方法?(提示:因为3 对夫妻必须相邻而坐,因此可以将每对夫妻看为一个整体进行排列,这样排列总数为(7!)种方法,又因为每对夫妻可以可以左右调换位置,因此总的方案为(7!2 22)9.(1)
7、把 3 个相同的球放到4 个不同颜色的盒子中去,问有多少种方法?(2)把 4 个相同的球放到3 个不同颜色的盒子中去,问有多少种方法?(3)推广开来,把R 个相同的球放到N 个不同颜色的盒子中去,问有多少种方法?(提示:这是允许重复组合的典型模型。)(解答(1):3 个球放入4 个不同颜色盒子的分法共有3、0、0、0;1、2、0、0;1、1、1、0 三类;对于第一类3、0、0、0 的方法,共有44P种方法,但是有 3 个 0 是一样的,所以应该除以33P,即第一类分法的方法数为4343/PP种,同理,第二种分法的方法数为4242/PP,第三种分法的方法数为4343/PP,所以总共的方法数为(4
8、343/PP4242/PP4343/PP)种。解答(2)自行求解。解答(3):这一类问题,我们称为重复组合问题,其求解公式为C(n+r-1,r)。请记住该公式即可。)排列组合练习习题:文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S
9、10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码
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11、O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H1
12、0 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y
13、9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T
14、7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z
15、5F2Y9S10信息学奥林匹克竞赛辅导排列与组合基础知识第 3 页1.有 5 本日文书、7 本英文书、10 本中文书。问(1)从中任取2 本书有多少种方案?(2)从中取 2本相同文字的书有多少种方案?(3)从中取2 本不同文字的书有多少种方案?(提示:此题为组合问题。答案分别为:25 7 10C、2225710CCC、22225 7 105710()CCCC)2.把八个“车”放在88 的国际象棋棋盘上,如果它们两两均不能互吃(即在任何一行、任何一列都只有一个“车”),那么称八个“车”处于一个安全状态。问共有多少种不同的安全状态?(提示:乘法原理。先在第一行放置一个“车”,有 8 种选法,再在第
16、二行放置一个“车”,还有 7种选法,同理,,总共有87,21,即 8!种不同的安全状态。)3.从 1300 之间任取3 个不同的数,使得这3 个数的和正好被3 除尽,问有多少种方案?(提示:1300 之间的数被3 除的余数共有三类,分别是余数为0、余数为1、余数为2,每类各100 个数。任取3 个数且这3 个数相加的和正好被3 除尽的情况只能是以下四种情况之一:余数为 012;0 00;111;222。再根据乘法原理和加法原理即可求解。答案为:10010010010099 98100999810099 98)4.5 对夫妇围绕圆桌坐下吃饭,共有多少种方案?如果要求夫妇必须坐在一起,又有多少种方
17、案?(提示:此题为圆排列问题。第一问的答案为(101)!。对于第二问,因为夫妇必须坐在一起,因此可以将每对夫妇看为一个整体先行进行圆排列,排列方案为(51)!,又因为每对夫妇可以左右交换位置,因此总的排列方案为(51)!2222 2。)5.N 个男同学和N 个女同学围绕圆桌坐下,要求男女必须交替就座,问共有多少种就座方法?(提示:先经这N 个男同学进行圆排列,方案为(N1)!,然后每个女同学依次坐入到两个男同学中间,第一个女同学有N 个位置可以选,第二个女同学有N1 个位置可以选,依此类推。根据乘法原理,所有的就座方案为(N1)!N!)6.8 人站成一排排队,如果其中的甲和乙两人要求一定站在一
18、起,问有多少种排队方法?如果甲和乙两人要求一定不站在一起,又有多少种方法?(提示:第一问中,甲和乙一定站在一起,因此可以先将此二人看为一个整体,则排队方法为7!,又因为甲和乙可以交换位置,因此总的方案为7!2。对于第二问,则用8 个人的总排队方案数减去甲和乙站在一起的方案数即可,答案为8!7!2。)7.有 N 个男同学和M 个女同学站成一排,其中这 M 个女同学要求站在一起,问共有多少种排队方法?(提示:排列问题乘法原理。分两步:第一,先将这M 个女同学看成一个整体排列;第二,再将这 M 个女同学再排列。然后根据乘法原理即可求得。答案为:(N1)!M!)8.一个长度为NM 个字符的01 字符串
19、,问其中有N 个 1 的字符串有多少个?(提示:组合问题。现有NM 个字符,如果把1 看作取字符,把0 看作不取字符,那么其中有N个 1 的字符串即相当于从NM 个字符中,任取N 个字符的组合。答案为:C(NM,N)9.一个 N*M(N 表示行,M 表示列)的网格,从左上角(1,1)点开始走到右下角(N,M)点,每次只能向右或者向下走,问有多少种不同的路径。(方法一:从(1,1)点走到(N,M)点,无论如何走一共都要走(N1)(M 1)步,其中N1 步向右走,M1 步向下走,因为只有两种走法,不妨用二进制表示走路方式,1 表示向右走,0 表示向下走。则可用一个长度为(NM2)的二进制串来表示走
20、路方法,其中如果出现了N1 个 1,则表示找到了一种路径。从而把题目转化为求长度为NM2 的 2 进制串中有 N1 个 1 的个数,即求组合数学公式C(NM2,N 1)的值。方法二:对本题稍加分析就能发现,要到达棋盘上的某个点,只能从该点的上边过来,或者从该1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 1 3 6 10 15 1 4 10 20 35 文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10文档编码:CV2P7O1W4H10 HV3Y9C3N5T7 ZM8Z5F2Y9S10
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