前言
接我原先的文章,因为一场考试,让我对这道题记忆深刻
注:(因为那道题,所以80分)
正文
1.分析题目
题目:
某人写了 n 封信和 n 个信封,如果所有的信都装错了信封。求所有信都装错信封共有多少种不同情况。
输入格式
一个信封数 n,保证 n≤20。
输出格式
一个整数,代表有多少种情况。
考虑特殊情况,若信封数为0,则一种,若信封数位两,则1种。
可以构造函数:
python
def g(n):
if n==1:
return 0
if n==2:
return 1
若大于二,则使用错排问题)
错排问题
错排问题概述
错排问题(Derangement Problem)是组合数学中的一个经典问题,指在排列中没有任何一个元素出现在其原始位置的情况。具体来说,给定n个元素,求所有排列中满足"没有元素在初始位置"的排列数,记为D(n)。
错排公式推导
错排数D(n)可以通过递推公式或显式公式计算:
递推公式: D(n) = (n-1) \\times (D(n-1) + D(n-2)) 初始条件: D(1) = 0 D(2) = 1
显式公式: D(n) = n! \\times \\left(1 - \\frac{1}{1!} + \\frac{1}{2!} - \\frac{1}{3!} + \\dots + (-1)\^n \\frac{1}{n!}\\right) 或简化为: D(n) = \\left\\lfloor \\frac{n!}{e} + \\frac{1}{2} \\right\\rfloor 其中e是自然对数的底数(约2.71828),⌊·⌋表示取整函数。
错排问题的实现代码
以下是错排数的两种实现方式:递归和动态规划。
递归实现
python
def derangement_recursive(n):
if n == 1:
return 0
if n == 2:
return 1
return (n - 1) * (derangement_recursive(n - 1) + derangement_recursive(n - 2))
动态规划实现
python
def derangement_dp(n):
if n == 1:
return 0
if n == 2:
return 1
dp = [0] * (n + 1)
dp[1], dp[2] = 0, 1
for i in range(3, n + 1):
dp[i] = (i - 1) * (dp[i - 1] + dp[i - 2])
return dp[n]
错排问题的应用
错排问题在实际中有多种应用,例如:
- 密码学中用于生成无固定点的排列。
- 概率论中用于计算"完全混乱"的概率。
- 算法设计中用于某些排列相关的优化问题。
示例
计算n=4时的错排数:
- 显式公式计算: D(4) = 4! \\times \\left(1 - \\frac{1}{1!} + \\frac{1}{2!} - \\frac{1}{3!} + \\frac{1}{4!}\\right) = 24 \\times \\left(1 - 1 + 0.5 - 0.1667 + 0.0417\\right) = 9
- 递推公式计算: D(4) = 3 \\times (D(3) + D(2)) = 3 \\times (2 + 1) = 9
两种方法结果一致。
固有错排公式(n-1)*(g(n-1)+g(n-2))
完整代码
python
def xf(n):
if n==1:
return 0
if n==2:
return 1
if n>2:
return (n-1)*(xf(n-1)+xf(n-2))
n=int(input())
print(xf(n))
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