离散数学课程 国家课程.ppt

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第2章 计数问题 计数问题是组合数学研究的主要问题之一。西班牙数学家Abraham ben Meir ibn Ezra(1092~1167)和法国数学家、哲学家、天文学家Levi ben Gerson(1288~1344)是排列与组合领域的两位早期研究者。另外,法国数学家Blaise Pascal还发明了一种机械计算器,这种计算器非常类似于20世纪40年代在数字电子计算机发明之前使用的一种机械计算器。同时,计数技术在数学和计算机科学中是很重要的,特别是在《数据结构》、《算法分析与设计》等后续课程中有非常重要的应用。 2.0 内容提要 1.1 本章学习要求 表2.2.1 2.2.1 乘法原理 如果一些工作需要t步完成,第一步有n1种不同的选择,第二步有n2种不同的选择,… ,第t步有nt种不同的选择,那么完成这项工作所有可能的选择种数为: 例2.2.2 Melissa病毒 1990年,一种名叫Melissa的病毒利用侵吞系统资源的方法来破坏计算机系统,通过以含恶意宏的字处理文档为附件的电子邮件传播。当字处理文档被打开时,宏从用户的地址本中找出前50个地址,并将病毒转发给他们。用户接收到这些被转发的附件并将字处理文档打开后,病毒会自动继续转发,不断往复扩散。病毒非常快速地转发邮件,将被转发的邮件临时存储在某个磁盘上,当磁盘占满后,系统将会死锁甚至崩溃。问经过四次转发,共有多少个接收者? 例2.2.3 在一幅数字图像中,若每个像素点用8位进行编码,问每个点有多少种不同的取值。 分析 用8位进行编码可分为8个步骤:选择第一位,选择第二位,… ,选择第八位。每一个位有两种选择,故根据乘法原理,8位编码共有2×2×2×2×2×2×2×2 = 28 = 256种取值。 解 每个点有256( = 28) 种不同的取值。 2.2.2 加法原理 假定X1, X2, …, Xt均为集合,第i个集合Xi有ni个元素。如{X1, X2, …, Xt}为两两不相交的集合,则可以从X1, X2, …, Xt中选出的元素总数为: n1 + n2 + … + nt。 例2.2.4 由Alice、Ben、Connie、Dolph、Egbert和Francisco六个人组成的委员会,要选出一个主席、一个秘书和一个出纳员。 (1)共有多少种选法? (2)若主席必须从Alice和Ben种选出,共有多少种选法? (3)若Egbert必须有职位,共有多少种选法? (4)若Dolph和Francisco都有职位,共有多少种选法? 例2.2.4 解 (1)根据乘法原理,可能的选法种数为6×5×4= 120; (2)[法一] 根据题意,确定职位可分为3个步骤:确定主席有2种选择;主席选定后,秘书有5个人选;主席和秘书都选定后,出纳有4个人选。根据乘法原理,可能的选法种数为2×5×4 = 40; [法二]若Alice被选为主席,共有5×4 = 20种方法确定其他职位;若Ben为主席,同样有20种方法确定其他职位。由于两种选法得到的集合不相交,所以根据加法原理,共有20+20 = 40种选法; 例2.2.4 解(续) (3)[法一] 将确定职位分为3步:确定Egbert的职位,有3种方法;确定余下的较高职位人选, 有5个人选;确定最后一个职位的人选, 有4个人选。根据乘法原理,共有3×5×4 = 60种选法; [法二] 根据(1)的结论,如果Egbert为主席,有20种方法确定余下的职位;若Egbert为秘书,有20种方法确定余下的职位;若Egbert为出纳员,也有20种方法确定余下的职位。由于三种选法得到的集合不相交,根据加法原理,共有 20+20+20 = 60种选法; 例2.2.4 解(续) (4)将给Dolph、Francisco和另一个人指定职位分为3步: 给Dolph指定职位,有3个职位可选; 给Francisco指定职位,有2个职位可选; 确定最后一个职位的人选,有4个人选。 根据乘法原理,共有3×2×4 = 24种选法。 2.3 排列与组合 Zeke、Yung、Xeno和Wilma四个候选人竞选同一职位。为了使选票上人名的次序不对投票者产生影响,有必要将每一种可能的人名次序打印在选票上。会有多少种不同的选票呢? 从某个集合中有序的选取若干个元素的问题,称为排列问题。 2.3.1 排列问题 定义2.3.1 从含n个不同元素的集合S中有序选取的r个元素叫做S的一个r -排列,不同的排列总数记为P(n, r)。如果r = n,则称这个排列为S的一个全排列,简称为S的排列。 显然,当rn时,P(n, r) = 0。 例2.3.1 从含3个不同元素的集合S中有序选取2个元素的排列总数。 解 从含3个元素的不同

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