洛谷P1595讲解(加强版)+错排讲解

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 复制代码
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 复制代码
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 复制代码
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 复制代码
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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