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相同元素分配到相同空間問題(放雞蛋問題)詳解

2022-01-17 17:25:59 其他

在高中的時候,我們接觸到的排列組合問題是將相同元素放到不同空間,這個很好求,
那么相同元素分配到相同空間怎么辦呢?
我在網上大概查了一下,但是也沒有解釋的很詳細的,所以就根據已有的進行了推導,并對已有的部分資料中的錯誤也在此進行了更正,
接下來我將以放雞蛋問題作為例子
設有n個雞蛋,m個籃子,問:

  • 將n個雞蛋放到m個籃子里,允許有空籃子,有幾種方法?
  • 將n個雞蛋放到m個籃子里,且不允許有空籃子,有幾種方法?
    ps:n = 7,m = 3時,1,1,5;1,5,1;5,1,1被認為是同一種分法

F(m,n):將n個雞蛋給m個籃子,且籃子可以為空
T(m,n):將n個雞蛋給m個籃子,且籃子不可以為空

對問題2:將n個雞蛋放到m個籃子里,且不允許有空籃子,有幾種方法?

  • m = n:籃子數 = 雞蛋數時
    很明顯,此時只能一個籃子里放一個雞蛋,所以只有一種方法,
  • m > n:籃子數 > 雞蛋數時
    不可能,
  • m < n:籃子數 < 雞蛋數時
    可以先給m個籃子里裝入一個雞蛋,此時就滿足了題意,沒有籃子是空的,
    剩余的雞蛋為n-m個再分到m個籃子中,此時允許有籃子分不到雞蛋,即T(m,n) = F(m,n-m)
    此時就轉化為將n-m個雞蛋裝入m個籃子里,且允許有空籃子的問題了,

對于問題1:將n個雞蛋放到m個籃子里,允許有空籃子,有幾種方法?

方法數 = 所有籃子都不空 + 空1個籃子 + 空2個籃子 + ... +空m -1個籃子
F(m,n) = T(m,n) + T(m-1,n) + T(m-2,n) + ... + T(1,n),根據上面對問題2的分析我們可知:T(m,n) = F(m,n-m),則上式變為:
F(m,n) = F(m,n-m) + F(m-1,n)這也就是我們后邊要用到的遞回原型,
對于遞回來說,我們要考慮好它的終止條件

  • 當 m = 1即籃子數 = 1時,無論有多少的雞蛋都只能放進這個籃子里,所以回傳1;
  • 當 n = 0即雞蛋數 = 0時,無論有多少籃子,也沒有雞蛋可以放,所以回傳0;
  • 當 n < m 即雞蛋數 <籃子數時,肯定會有n - m個空籃子,所以我們令m = n;

但此時我們得到的遞回式還并不是我們最終需要的,在此我以F(2,2)作為例子:
F(2,2)指將兩個雞蛋放入兩個籃子中,且允許有空籃子,那我們仔細想一想其實就能想出來,只有兩種分配方法:1,1和2,0,
但此時若我們用上述得到的式子進行計算可得:F(2,2) = F(2,0) + F(1,2) = 1與真實答案不符,仔細觀察該式,可知原因:當 m = n時,直接利用變化來的式子未考慮一個籃子放一個雞蛋的情況,所以還要在上面得到的式子的基礎上,對終止條件進行補充:

  • 當 n = m時,令分配方法數 += 1

以數的劃分為例題

我用c++以上述思路來解決數的劃分:
題目描述
將整數 n 分成 k 份,且每份不能為空,問有多少種不同的分法,當 n=7, k=3 時,下面三種分法被認為是相同的:1,1,5; 1,5,1; 5,1,1

輸入格式
一行兩個數 n, k,

輸出格式
一行一個整數,即不同的分法數,
輸入資料

7 3

輸出資料

4

四種分法為:1,1,5;1,2,4;1,3,3;2,2,3,

思路:在這里我把數看作雞蛋,分法看作籃子,

/**
*Filename:heli
*Author:wan
*Date:2022.1.14
*version:1.3
*Description:heli
*/
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int number;//分配方法數
int give_space(int m,int n){
//籃子是m,雞蛋是n
int sum = 0;
if(m ==n){
sum += 1;
// printf("sum:%d\n",sum);
}
if(n == 0){//蛋 = 0
return 0;
}
if(m == 1||m == 0){//籃子 = 0/1
return 1;
}
if(n < m){//雞蛋數<籃子數時,籃子 = 雞蛋
m = n;
//此處判斷很重要,否則計算時會少1
return give_space(m,n);
}
//printf("%d %d\n",m,n);
sum += give_space(m,n-m);
sum += give_space(m-1,n);
return sum;
}
int main(){
int n,k;
scanf("%d %d",&n,&k);
if(n <= k){
number = 1;
}
else{
//k = m,籃子,n是雞蛋
number += give_space(k,n - k);
}
printf("%d",number);
return 0;
}

ps:在終止條件中,當 n < m 即雞蛋數 <籃子數時,我們令m = n后記得把這個m,n重新傳進去,否則會少考慮將每個籃子里放一個雞蛋的情況,

最后的最后:本文基于個人理解,可能存在錯誤的地方,如有錯誤請各位大佬指出,我會盡快進行修改,
希望有幫到你呀:D

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/413017.html

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