排列组合
一、计数
按照统计要求,将符合所有条件的结果筛选出来,统计所有结果的数量叫做计数!
二、分类加法
完成一件事的方法,有n类方案,第一类方案中有m1种方法,第二类方案中有m2种方法,第n类方案中有mn种方法,则完成这件事的总方法数:m1+m2+···mn。分类加法又叫做:完成一件事不同方案的枚举法,一一列举时要求:有顺序地、不重复、不遗漏。
例:完成报考志愿填写,依据分数得知可以填报的学校共有100所,则完成报考志愿填写,有100种不同的方案,填写这100所内的每所学校,都能完成报考志愿填写这件事。
三、分步乘法
完成一件事的方法,需要有顺序地完成n个步骤,完成第一个步骤有m1种不同方法,完成第二个步骤有m2种不同的方法,完成第n个步骤有mn种不同的方法,则完成这件事的方法种数:m1×m2···×mn。
例:完成报考志愿填写,填写时要求:第1志愿填1所,第2志愿填1所,要求第1志愿和第2志愿学校不相同。分数符合录取要求的学校共有10所,即第1志愿填写时有10所学校可选,即10种选择,填完第1志愿后,第2志愿填写时剩9所。则完成第1、2志愿愿填写这件事,共有10×9=90种不同的方案。
四、排列
从n个不同元素中取出m个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从n个元素中取出m个元素的一个排列。这样的全部的排列个数,叫做排列数,写做:Amn
。
例:A32
,人分步完成选座位的角度:2个人选3个座位的方法总数,第1个人选时有3个座位,第2个人选时剩2个座位,则2个人分步完成选成选座位这件事,共有3×2=6种不同的方案。
例:A32
,座位分步完成选人的角度:2个座位选3个人的方法总数,第1个座位选人时有3人可选,第2个座位选人时剩2人可选,则2个座位分步完成选人这件事,共有3×2=6种不同的方案。
例:A32
,先选人后排列的角度:3个人里不重复地选出2个人为一组,得到3组,每组对2个座位进行分步选择,即每组内第一个人选座时有2种选择,第二个人选座时剩1种选择。则3个人里不重复地选出2个人为一组,再分步选择2个座位的方法总数:3×2=6种不同的方案。
五、组合
从n个不同元素中,不重复地选出m个元素的一个组合,这样的组合的总数叫做组合数,写做:
。
例:
,从3个不同的元素中,不重复地选出2个元素成为一组,这样元素不同的小组共有3种。以ABC为例,从中不重复地选出2个元素成为一组,这样元素不重复的小组,枚举得出:(A,B),(A,C),(B,C)共3种。
例:
,从3个不同的元素中,不重复地选出2个元素成为一组,剩余的元素自动成为一组,则这样剩余的不同元素的小组共有3种。以ABC为例,[选出的元素组(A,B),剩余的元素小组(C)],[选出的元素组(A,C),剩余的元素小组(B)],[选出的元素组(B,C),剩余的元素小组(D)],所以
。
例:
,从3个不同的元素中,分步选出第一个元素、第二个元素,因为一个组合内的位置是无序的(都是相同的座位,谁坐第1个,谁坐第2个,没有区别),所以需要剔除掉,元素相同仅元素顺序不同的组合(即重复出现的组合),所以
六、排列组合的区别
从n个不同元素中,每次取出m个元素为一组,如果该组内对每个元素的位置是有要求的(位置不同代表意义不同的)即排列,无要求(位置不同代表意义相同)的即组合。所以,如果以选出的元素与对应的位置关系来看:
① 排列,n个不同元素中选出m个元素的一个排列,每个元素所在的位置是不同的。如ABC选出2个元素AB,则AB和BA是两种方案。所以排列的性质为:一个排列的内部,每个元素的地位都是不等的,也就是内部要讲秩序。
② 组合,n个不同元素中选出m个元素的一个组合,每个元素所在的位置是相同的。如ABC选出2个元素AB,则AB和BA是一种方案。所以组合的性质为:一个组合的内部,每个元素的地位都是相等的,也就是内部不讲秩序。
七、分组分配
7.1 分组:将n个不同元素分成m组,每种分组的方案不相同。
例:3个人(ABC),分成2个小组,第一个小组1人,第二个小组2人,不同的分组方案有多少个?
列举法:共有3种不同的分组方案。
第一步:ABC中选1个 第二步:从剩余中选2个 分组方案
A BC 一种,且不重复
B AC 一种,且不重复
C BD 一种,且不重复
公式计算:
C31*A22=3
7.2 平均分组:将n个不同元素平均分成m组,每种分组的方案不相同。
例:4个人(ABCD)分成2个小组每组2人(平均分成2组),不同的分组方案有多少个?
列举法:共有3种不同分组方案。
第一步:4选2 第二步:2选2 判定 分组方案
AB CD 合法 一种分组
AC BD 合法 一种分组
AD BC 合法 一种分组
BC AD 与(AD,BC)分组方案相同 一种重复分组
BD AC 与(AC,BD)分组方案相同 一种重复分组
CD AB 与(AB,CD)分组方案相同 一种重复分组
公式计算:
C42*C22/A22=3
7.3 分配
例:4个人(ABCD),其中去上海1人,去北京3人,不同的分配方案有多少个?
第1种解题思路:分步乘法
第一步:第一个位置上海在4人中选1个人,4种选法
第二步:第二个位置北京在剩余3人中选3人,剩1种选法
分步相乘:4×1=4种不同的分配方案
第2种解题思路:先分组+再分配
第一步分组有4种不同的方案:[(A),(BCD)],[(B),(ACD)],[(C),(BCD)],[(D),(ABC)]
第二步分配去北京和上海:每个小组都只有1种选择
所以答案是:4种不同的分配方案
公式计算:
C41C331=4
7.4 平均分配:先分组+再分配
例:4个人(ABCD),平均分给北京和上海,不同的分配方案有多少个?
4个人平均分配给2个城市,即每个城市分到2人
第一步先分组,分成2组2人,则分成3种不同的分组方案:
第1组 [(AB),(CD)],第2组[(AC),(BD)],第3组[(AD),(BC)]
第二步再分配:每组方案都有2个城市可以选择
如:第1组的(AB)去上海,则(CD)去北京;或(CD)去上海,则(AB)去北京,有2种方案。第2-3组同理。
所以答案是:3×2=6种不同的分配方案
公式计算:
C42*C22/A22/A22=6
7.5 分组分配:先分组+再分配
例:4个人(ABCD)分成2组,分别去北京和上海,不同的分配方案有多少个?
4人分成2组,分类讨论:有2种不同的分组方案(1+3)、(2+2)
第一种方案:第1步分组有4种不同的方案:[(A),(BCD)],[(B),(ACD)],[(C),(ABD)],[(D),(ABC)]
第一种方案:第2步分配去北京和上海:每个小组都有2种选择
第一种答案:4×2=8种不同的分配方案,
第二种方案:第1步分组有3种不同的方案:[(AB),(CD)],[(AC),(BD)],[(AD),(BC)]
第二种方案:第2步分配去北京和上海:每个小组都有2种选择
第二种答案:3×2=6种不同的分配方案,
分类相加:8+6=14,即共有14种不同的分配方案。
八、排列组合处理技巧类型
8.1 特殊元素和位置优先安排:特殊要求,优先安排!
例:ABCD分别去苏州、扬州、杭州、上海4个城市,其中A不能去上海,B必须去扬州
策略:AB有特殊要求,先安排A或B
第一步:B必须去扬州,则B只有1种选择
第二步:A不能去上海,只能在苏州、杭州中2选1,则有2种选择
第三步:C在剩余2个城市中2选1,则有2种选择
第四步:D在剩余1个城市中选,则只有1种选择
分步乘法:1×2×2×1=4种不同的方案
公式计算:
c11c21c21*c11=4
8.2 相邻元素之捆绑法:元素相邻,捆绑为一!
例:ABCDE站成一排,要求AB站在一起,且A要站首位,有多少种不同的排法?
第一步:A站首位,则B只能站第二位,所以AB捆在一起只有1种排法
第二步:CED在剩余3个位置里排
答案:分步相乘
1*A33=6
8.3 不相邻元素之插空法:元素间隔,分位插入!
例:ABCDE站在一排,要求AB不相邻,且E不在最后一位,有多少种不同的排法?
第一步:把AB丢一边,先排E,要求不在最后一位,则E在CDE的3个位置中有2个位置可选
第二步:ED在剩余2个位置选,即
第三步:数一数空隙,得到(C_E_D),共有4个_(空隙)
第三步:将A和B在4个空隙位置里依次选2个,即
答案:分步乘法 C21A22A42=48
8.4 定序元素之只选不排:定序元素=相同元素,只选不排!
不同元素的定序问题,和相同元素排列是一样的,概括:元素选好座位后不排排列(只选不排),逻辑是:选好座位后,要求是规定的顺序,所以不用再彼此调换顺序
例:AABDC,5个人站一排,要求A在B的前面,且B不在最后一位,有多少种排法?
第一步:AAB先选座,选完就定序了不用再排列,AAB在前面4个位置里选3个即
第二步:CD选座和排列
答案:分步相乘4×2=8种
8.5 相同元素分配之挡板法:同元进盒,挡板分隔!
例:AAAA放到2个不同的盒子里,每个盒子至少一个球
分类枚举法:AAAA代表相同的元素,两个不同的盒子代表两个不同的位置,每个盒子至少一个球表示可以有如下几种分配方案:(1,3)(3,1)(2,2),所以共有3种不同的分配方案。
挡板法:A_A_A_A,共有3个空隙,要分成2份,所以从3个缝隙里任取1个缝隙即可,即
例:
,
,有多少组不同的解?
分类枚举法:0+0+5=5,0+1+4=5,0+2+3=5....
挡板法思路:
看做是3个不同的盒子,把5等分成5个1这样相同的元素
第一步:
,两边各借3,等式依然成立
第二步:把8分成8个1,即11111111,这样8个相同的元素
第三步:数一数8个1之间的空隙,共有7个:1_1_1_1_1_1_1_1
第四步:3个盒子,即要插2个板,将8个1分成3份,每份进一个盒子
答案: C72=21
8.6 不同元素分配之分步乘法:异元进盒,分步相乘!
条件:不同元素、不同盒子(位置)下使用
例:有3封不同的信要从3个邮箱里发出,有多少种不同的发法?
第一步:第1封信有3种不同的选择
第二步:第2封信有3种不同的选择
第三步:第3封信有3种不同的选择
答案:3×3×3=27种
备注:另外一种思路是:先分组,再分配,不再开展
8.7 正难则反之求补集法:正面难攻,则回手掏!
正难则反策略,假设问题有2个条件(AB),概括:先求出满足A条件的结果,然后再该结果里剔除掉不满足B条件的结果,得到的就是既满足A又满足B的结果。换成集合的思想来说,就是指求AB的交集。
例:A有3本不同的书,B有2本不同的书,要从这5本书里取3本出来,其中B的书至少有1本
回手掏:(从5本中任取3本的方案)-(3本书中B的书一本都没有方案)=任取3本中且B的书至少有一本的方案
第一步:从AB共5本中任取3本,即
第二步:B的书至少有1本的反面就是B的书一本都没有,也就是从A那里取3本即
答案:
C53-C33=9