排列组合的计算主要涉及两种概念:排列(Permutation)和组合(Combination)。
排列(Permutation)
定义:从n个不同元素中任取m(m≤n)个元素,按照一定的顺序排成一列,叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个排列。从n个不同元素中取出m个元素的所有排列的个数,叫做从n个不同元素中取出m个元素的排列数,用符号A(n,m)表示。
计算公式:
\[ A(n,m) = \frac{n!}{(n-m)!} \]
其中,n!表示n的阶乘,即n × (n-1) × (n-2) × ... × 1。
例子:
从A、B、C三个元素中选取2个元素的排列数是:
\[ P(3, 2) = \frac{3!}{(3-2)!} = \frac{3!}{1!} = 3 × 2 = 6 \]
组合(Combination)
定义:从n个不同元素中任取m(m≤n)个元素,并成一组,叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个组合。从n个不同元素中取出m个元素的所有组合的个数,叫做从n个不同元素中取出m个元素的组合数,用符号C(n,m)表示。
计算公式:
\[ C(n,m) = \frac{n!}{m! \times (n-m)!} \]
其中,n!表示n的阶乘,m!表示m的阶乘。
例子:
从A、B、C三个元素中选取2个元素的组合数是:
\[ C(3, 2) = \frac{3!}{2! \times (3-2)!} = \frac{3 × 2 × 1}{2 × 1} = 3 \]
其他公式
全排列数:
n个元素的全排列数为:
\[ n! \]
循环排列数:
从n个元素中取出m个元素的循环排列数为:
\[ \frac{A(n,m)}{m} = \frac{n!}{m \times (n-m)!} \]
多类元素组合数:
n个元素被分成k类,每类的个数分别是n1, n2, ..., nk,这n个元素的全排列数为:
\[ \frac{n!}{n1! \times n2! \times ... \times nk!} \]
无限类元素组合数:
k类元素,每类的个数无限,从中取出m个元素的组合数为:
\[ C(m+k-1, m) \]
总结
排列组合的计算主要依赖于阶乘的概念,通过公式 \( A(n,m) = \frac{n!}{(n-m)!} \) 和 \( C(n,m) = \frac{n!}{m! \times (n-m)!} \) 可以方便地计算出排列数和组合数。理解这些概念和公式是解决排列组合问题的关键。