插空法,数学术语,是用来解决某些元素不相邻的
排列组合题,即不邻问题。在解决对于某几个元素要求不
相邻的问题时,先将其它元素排好,再将指定的不相邻的元素插入已排好元素的间隙或两端位置,从而将问题解决的策略。用这种方法解题思路清晰、简便易懂。
方法简介
插空法就是对于解决 某几个元素要求不相邻 的问题时,先将其他元素排好,再将所指定的不相邻的元素插入它们的间隙或两端位置。首要特点就是不相邻。下面举例说明。
(1)例1:把1,2,3,4,5组成没有重复数字且数字 1,2不相邻的五位数,则所有不同排法有多少种?
解析:本题直接解答较为麻烦,因此可先将 3,4,5三个元素排定,共有种排法,然后再将 1,2插入四个空位共有种排法,故由乘法原理得,所有不同的五位数有种。
(2)例2:在一张节目单中原有六个节目,若保持这些节目的相对顺序不变,再添加进去三个节目,则所有不同的添加方法共有多少种?
解析: -o - o - o - o - o - o - ,即六个节目算上前后共有七个空位,那么加上的第一个节目则有种方法; 此时有七个节目, 再用第二个节目去插八个空位有种方法; 此时有八个节目, 用最后一个节目去插九个空位有种方法。由乘法原理得,所有不同的添加方法为:种。
插板法
基本题型
基本题型为:n个相同元素,不同个m组,每组至少有一个元素;则只需在 n 个元素的n-1 个间隙中放置 m-1 块隔板把它隔成 m 份,求共有多少种不同方法?
其解题思路为:将 n 个相同的元素排成一行, n 个元素之间出现了( n-1 )个空档,现在我们用( m-1 )个 “档板 ”插入( n-1 )个空档中,就把 n 个元素隔成有序的 m 份,每个组依次按组序号分到对应位置的几个元素(可能是 1 个、2 个、 3 个、 4 个、 ….),这样不同的插入办法就对应着 n 个相同的元素分到 m 组的一种分法,这种借助于这样的虚拟 “档板 ”分配元素的方法称之为插板法。
例题:共有 10 完全相同的球分到 7 个班里,每个班至少要分到一个球,问有几种不同分法?
解析:我们可以将 10 个相同的球排成一行, 10 个球之间出现了 9 个空隙,现在我们用 6 个档板 ”插入这 9个空隙中,就 “把 10 个球隔成有序的 7 份,每个班级依次按班级序号分到对应位置的几个球(可能是 1 个、2 个、 3 个、 4 个),这样,借助于虚拟 “档板 ”就可以把 10 个球分到了 7 个班中。
基本题型的变形
(1)变形1:有 n 个相同的元素,要求分到 m 组中,问有多少种不同的分法?
解题思路:这种问题是允许有些组中分到的元素为 “0”,也就是组中可以为空的。对于这样的题,我们就首先将每组都填上 1 个,这样所要元素总数就 m 个,问题也就是转变成将( n+m )个元素分到 m 组,并且每组至少分到一个的问题,也就可以用插板法来解决。
例题:有 8 个相同的球放到三个不同的盒子里,共有( )种不同方法 。
解答:题目允许盒子有空,则需要每个组添加 1 个,则球的总数为 8+3 ×1=11,此题就有 C(10 ,2) =45(种)分法了。
(2)变形2:有 n 个相同的元素,要求分到 m 组,要求各组中分到的元素至少某个确定值 S( s>1,且每组的 s值可以不同) ,问有多少种不同的分法?
解题思路: 这种问题是要求组中分到的元素不能少某个确定值 s,各组分到的不是至少为一个了。 对于这样的题,我们就首先将各组都填满,即各组就填上对应的确定值 s 那么多个,这样就满足了题目中要求的最起码的条件,之后我们再分剩下的球。这样这个问题就转变为上面提到的变形1的问题了,也就可以用插板法来解决。
例题:15 个相同的球放入编号为 1、2、 3 的盒子内,盒内球数不少于编号数,有几种不同的放法?
解析:编号 1:至少 1 个,符合要求;
编号 2:至少 2 个:需预先添加 1 个球,则总数 -1 ;
编号 3:至少 3 个,需预先添加 2 个,才能满足条件,后面添加一个,则总数 -2 ;
则球总数 15-1-2=12 个放进 3 个盒子里,所以 C(11,2)=55 (种)。
捆绑法
所谓捆绑法,指在解决对于某几个元素要求相邻问题时,先整体考虑,将相邻元素视作一个整体参与排序,然后再单独考虑这个整体内部各元素间顺序。注意:其首要特点是相邻,其次捆绑法一般都应用在不同物体的排序问题中。
例题:6个不同的球放到5个不同的盒子中,要求每个盒子至少放一个球,一共有多少种方法?
解答:根据题目要求,则其中一个盒子必须得放 2 个,其他每个盒子放 1 个球,所以从 6 个球中挑出 2 个球看成一个整体,则有,这个整体和剩下 4 个球放入 5 个盒子里,则有。方法是。
排列组合问题
排列组合问题从解法看,大致有以下几种:
(1)有附加条件的排列组合问题,大多需要分类讨论的方法,注意分类时应不重不漏;
(2)排列与组合的混合型问题,用分类加法或分步乘法计数原理解决;
(3)元素相邻,可以看作是一个整体的方法;
(4)元素不相邻,可以利用插空法;
(5)间接法,把不符合条件的排列与组合剔除掉;
(6)穷举法,把不符合条件的所有排列或组合一一写出来。