Discrete mathematics and its applications筆記03

Discrete mathematics and its applications筆記

第三章

精彩習題

1.How many bit strings of length eight contain either three consecutive 0s or four consecutive 1s?(連續(xù)的3個0送漠,或者連續(xù)的4個1乡摹,兩者都滿足也可以)
這題用遞歸去做就很舒服
\begin{aligned} &設長度為n的位串(bit\ string)中,包含連續(xù)3個0的有a_n個\\ &如果最后一個元素不是0凡橱,有a_{n-1}種思币,\\ &如果最后一個元素是0棵红,\\ &1^\circ 最后3個是000噪舀,這時有2^{n-3}種垢油。\\ &2^\circ 最后3個是100,對應a_{n-3}種\\ &3^\circ 最后3個是010琅催,對應a_{n-2}種\\ &所以a_n=a_{n-1}+a_{n-2}+a_{n-3}+2^{n-3}\\ &a_0=a_1=a_2=0,a_3=1,a_4=3,a_5=8,a_6=20,a_7=47,\\ &a_8=107\\ &處理連續(xù)4個1的時候居凶,同理的話就有繁瑣了,\\ &可以換一種遞歸思路恢暖。\\ &設b_n是有連續(xù)4個1的長度為n的位串的總個數(shù)。\\ &1^\circ 對于長度為n-1的位串狰右,第n為可選1或者0杰捂,共2b_{n-1}種\\ &2^\circ 假設最后5個位置是01111,并且前面n-5個位置里面沒有連續(xù)4個1\\ &(注意這與第一種情況沒有交集,因為第一種情況最后是1的話也是11111)\\ &有2^{n-5}-b_{n-5}種\\ &所以b_n=2b_{n-1}+2^{n-5}-b_{n-5}\\ &推出b_8=48\\ &減去重復計數(shù)的8個,最后答案是107+48-8=147\\ \end{aligned}

2.求證:對于任意的非零整數(shù)n,在n的倍數(shù)里面棋蚌,一定存在一個只包含0和1的數(shù)(比如10001,11110001)
證明:不妨假設n為正整數(shù)嫁佳,考慮如下n+1個數(shù):
1,11,111,111...111
因為上面n+1個數(shù)除以n的余數(shù)最多只有n種可能
所以必然有兩個數(shù)模n同余
將這兩個數(shù)相減即為要求得的數(shù)

4.下面這段代碼,最后得到的k是多少谷暮?

3

這也是可重復組合問題
等價的組合題目是 從n個不一樣的數(shù)字中選出r個數(shù)(可以重復)蒿往,r就是循環(huán)的層數(shù)這個比較巧妙,因為每次選出的這r個數(shù)升序排列對應循環(huán)的一種情況湿弦,(n=3時)比如1瓤漏,2,1說明
然后2,2蔬充,1說明

所以最后答案是C_{n+m-1}^m

新知

1.笛卡爾積滿足
|A_1\times A_2\times...\times A_m|=|A_1|\cdot |A_2|\cdot ...\cdot|A_m|

2.容斥原理(principle of inclusion-exclusion,也叫作subtraction principle)

3.從n個元素(元素各不相同)中選出r個可以重復的元素 的方法

有:C_{n+r-1}^r
(可以想象要選出r本書蝶俱,我們放入n-1個立書架(隔板))
比如r=6,n=4時:
** | * | | ***
3個隔板把書分成4種類型,上圖中表示從第一種類型中選2本饥漫,從第二種類型中選1本榨呆,從第四種類型中選3本。

4.假設有n個物體庸队,k個箱子(箱子可以空)
(1)不同類型的物體放進不同類型的箱子里
設每個箱子放n_i個积蜻,則由乘法原理,得方法數(shù)目:

n!\over{n_1!n_2!...n_k!}

(2)不同類型的物體放進相同類型的箱子里
公式比較復雜彻消,可以用窮舉法
S(n,j)表示把n個不同類型的物體放進j個箱子竿拆,且箱子都不能空

則方法數(shù)目:\displaystyle\sum_{j=1}^kS(n,j)

(3)相同類型的物體放進不同類型的箱子里
相當于第3點中的插隔板,方法數(shù)目:

C_{n+k-1}^k

(4)相同類型的物體放進相同類型的箱子里
這個也是窮舉法呀(無奈)
比如把6個相同類型的物體放進4個相同類型的箱子
可以如下窮舉:

6
5 1
4 2
4 1 1
3 3
3 2 1
3 1 1 1
2 2 2
2 2 1 1
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