第九章_排列组合_2019-03-29

概述

概率组合题目分类
1、以高中数学为基础的古典概率计算方法。
2、斐波那契数和卡特兰数。
3、以选择题居多。

经典题

  • 在6*9的网格中,以左上角为起点,右下角为终点移动,要求移动过程中每一步只可以向下移动一位或向右移动一位,问一共有几种路线
    左上角移动到右下角必然需要移动13步,其中有5步向下,8步向右,所以只需要从13步中随机选择5步作为向下移动即可,一共有C_{13}^{5}种方案
  • 七人站队,要求A必须站在B的左边,但不要求相邻,如果要求必须相邻呢?
    1、不要求相邻:7人全排列,共有7!种情况,此时A在B左边的概率为0.5,所以答案为0.5 * 7!
    2、要求必须相邻:此时可以将AB看成一个人,剩下的人全排列即可,答案为(7 - 1)!
  • 6个人站队,要求甲和乙、丙不能相邻,一共有几种方案
    1、甲在头排:在甲后面可以有三种情况,其他的四个人全排列即可,所以共有3*(4!)种方案
    2、甲在中间:中间共有4个位置,在每个位置与甲相邻的人可以从除乙丙外的其他三个人中选择即A_{3}^{2}种,其他的3个人全排列即可即3!,所以共有4*6*6中方案
    3、甲在末尾:在甲前面可以有三种情况,其他的四个人全排列即可,所以共有3*(4!)种方案
    4、所以共有3*(4!) + 3*(4!) + 4*6*6 = 288种方案
    5、还有另一种方法为:6! - 4*(5!) + 2*(4!) = 720 - 480 + 48 = 288
  • 有10颗相同的糖,分给3个人吃,每人字少要吃一颗,一共有多少种分法
    因为每人至少吃一颗,所以只能在糖之间划分,10颗糖共有9个划分位置,分成3部分需要两个划分点,所以一共有C_{9}^{2}种划分方案
  • 有10个不同的球,放到3个不同的桶中,问一共有多少种放法
    每个球都有3种放法,10个球共有310种放法
  • 有10颗糖,每天至少吃一颗,有多少种不同的吃法
    采用划分的思想,因为每天至少吃一颗,所以需要在糖中间划分,10个糖一共有9个划分位置,可以采用0,1,2,……,9个划分点划分,即将糖划分为1天,2天,3天,……,10天吃,所以共有C_{9}^{0}+C_{9}^{1}+C_{9}^{2}+……+C_{9}^{9} = 2^{9} = 512种划分方案
    C_{N}^{0}+C_{N}^{1}+C_{N}^{2}+……+C_{N}^{N} = (1 + 1)^{N} (公式1)
    公式1为二项式定理的内容
  • 有n对左右括号,请返回合法排列的总数
    1、n对左右括号,共有排列总数为C_{2n}^{n}
    2、所有排列中,不合法的排列总数为C_{2n}^{n + 1}
    若将不合法的排列中的左括号用1表示,右括号用-1表示,找到排列中-1的个数大于1的个数的最短前缀,则该前缀一定不合法,我们将该前缀中的所有的1变成-1,-1变成1,则可以得到一个1的个数为n + 1,-1的个数为n - 1的序列,可以证明,包含n + 1个1、n - 1个-1的序列与所有序列中每个不合法序列一一对应,所以不和法的排列总数为C_{2n}^{n + 1}
    3、合法序列的总数如下:
    C_{2n}^{n} - C_{2n}^{n + 1} = \frac {1} {n + 1} * C_{2n}^{n}
    上式右边即为卡特兰数
  • n个数出栈的顺序有几种
    出栈之前必须进栈,所以可以把进栈操作当成左括号,出栈操作当成右括号,这样合法的进出栈操作即为n对括号中合法的序列数,即卡特兰数
    \frac {1} {n + 1} * C_{2n}^{n}
  • 2n个人排队买票,n个人手拿5块,n个人手拿10块,当前票价为10块,售票员手中没有零钱,问2n个人怎样排队才能使售票员顺利购票
    拿10块钱的人买票之前必须有人拿5块钱买票,所以可以把拿10块钱的人买票当成左括号,拿5块钱的人买票当成右括号,这样合法的进出栈操作即为n对括号中合法的序列数,即卡特兰数
    \frac {1} {n + 1} * C_{2n}^{n}
  • n个无差别节点构成的不同结构的二叉树为f(n),问f(n)为多少
    1、由题意可知:n = 0时,f(0) = 1、n = 1时,f(1) = 1、n = 2时,f(2) = 2、n = 3时,f(3) = 5
    2、若f(n) = f(0) * f(n - 1) + f(1) * f(n - 2) + f(2) * f(n - 3) + ……+ f(n - 1) * f(0),则f(n)为卡特兰数,即:
    f(n) = \frac {1} {n + 1} * C_{2n}^{n}
  • 12个高矮不同的人排成两排,每排从矮到高排列,且第二排比对应的第一排的人高,问有多少种排列方式
    如果将排在第一排的人标记为0,排在第二排的人标记为1,将所有的人从矮到高排序,则每种排队方式可以表示成由0 1组成的序列,只要在这个序列中任意一个前缀中0的个数大于1的个数即为合法序列,所以此题解仍为卡特兰树问题, 即
    f(6) = \frac {1} {6 + 1} * C_{12}^{6} = 924
  • 有n个装有信的信封,现在将其倒出后再将信装入和原来不同的信封,问有几种装法
    采用递归的方式解决:f(n) = (n - 1) * (f(n - 1) + f(n - 2))
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