排列数 · 组合数 · 阶乘 · 经典应用 —— 全面掌握计数原理
排列与组合是计数原理的基础,以下为最常用的标准公式(规定 0! = 1)。
A(n, m) 或 P(n, m) = n × (n-1) × ... × (n-m+1)
A(n, m) = n! / (n-m)! ,其中 n ≥ m ≥ 0
C(n, m) 或 ₙCₘ = 从 n 个不同元素中取 m 个的组合数
C(n, m) = n! / [m! × (n-m)!] ,且 C(n, m) = C(n, n-m)
n! = n × (n-1) × (n-2) × ... × 2 × 1 ,示例:5! = 120
💡 排列考虑顺序,组合不考虑顺序。例如“ABC”与“ACB”在排列中视为不同,在组合中视为相同。
问题:从 7 本不同的书中选出 3 本并排成一排,有多少种方式?
解答: A(7,3) = 7×6×5 = 210 种。 或者 7!/(7-3)! = 5040/24 = 210。
问题:从 10 个候选人中选出 4 人组成委员会,有多少种选法?
解答: C(10,4) = 10!/(4!×6!) = (10×9×8×7)/(4×3×2×1) = 210 种。
计算: 6! = 720, A(6,2) = 6×5 = 30, 组合 C(6,2) = 15。
🧠 注意:C(6,2) = A(6,2) / 2! = 30/2 = 15。
场景: 数字 1~5 组成三位数(可重复),共有 5³ = 125 种。
⭐ 一般公式:n^m (有放回排列)
常用公式速查表
答: 如果选取的元素顺序不同视为不同结果(如排队、密码、名次),用排列 A(n,m);如果只关心选出的集合而不考虑顺序(如委员会、抽奖、选课),用组合 C(n,m)。
答: 为了保持公式一致与组合意义。空集的排列方式只有一种,且 n! = n×(n-1)!,当 n=1 时 1! = 1×0!,所以 0! = 1。
答: 从 n 个中选 m 个,等价于剩下 n-m 个不被选中。所以选 m 个的组合数与选 n-m 个的组合数相同。例如 C(10,7) = C(10,3)。
答: A(n,m) = C(n,m) × m! 。即先组合再对 m 个元素全排列。这也是组合公式的推导来源。
答: 使用约分或递推。例如 C(15,5) 可写成 (15×14×13×12×11)/(5×4×3×2×1) ,逐步约分。也可借助计算器或编程。
答: 古典概率中,事件概率 = 有利结果数 / 总结果数,其中结果数常用排列组合计算。例如抽奖、扑克牌概率等。
二项式展开系数即为组合数:
(a+b)ⁿ = Σ C(n,k) aⁿ⁻ᵏ bᵏ
允许重复选取的组合数公式:C(n+m-1, m) (隔板法)。
例如:4种水果选5个(可重复) → C(4+5-1,5)=C(8,5)=56。