考新郎(错排问题):

问题描述:

国庆期间,省城HZ刚刚举行了一场盛大的集体婚礼,为了使婚礼进行的丰富一些,司仪临时想出了有一个有意思的节目,叫做"考新郎",具体的操作是这样的:
首先,给每位新娘打扮得几乎一模一样,并盖上大大的红盖头随机坐成一排;
然后,让各位新郎寻找自己的新娘.每人只准找一个,并且不允许多人找一个.

假设一共有N对新婚夫妇,其中有M个新郎找错了新娘,求发生这种情况一共有多少种可能.
输入:
输入数据的第一行是一个整数C,表示测试实例的个数,然后是C行数据,每行包含两个整数N和M(1<M<=N<=20)。
输出:
对于每个测试实例,请输出一共有多少种发生这种情况的可能,每个实例的输出占一行。
样例输入 2
2 2
3
样例输出 1
3

思路:

当n个编号元素放在n个编号位置,元素编号与位置编号各不对应的方法数用D(n)表示,
那么D(n-1)就表示n-1个编号元素放在n-1个编号位置,各不对应的方法数.
第一步,把第n个元素放在一个位置,比如位置k,一共有n-1种方法;
第二步,放编号为k的元素,这时有两种情况:

  1. 把它放到位置n,那么,对于剩下的n-1个元素,由于第k个元素放到了位置n,
    剩下n-2个元素就有D(n-2)种方法;
  2. 第k个元素不把它放到位置n,这时,对于这n-1个元素,有D(n-1)种方法;

举例:
假如有4个编号为1,2,3,4的卡牌,上面分别对应着A,B,C,D四个人的代号,即D(4)
现在让A对应2,下一步考虑B,假设B对应了1,那么A和B的错排完成,就变成了C和D的错排问题,
即D(2);假设B不对应1,那么就是3张牌对应3个代号的错排问题。即D(3),这种情况B不能对应1,
因为对应1就成了第一种情况,在该情况下就好比B和1是相比配的。
而A除了对应2,还可以对应3,4,即有3(n-1)种情况,
错排问题_组合数

综上得到:
错排问题_错排问题_02
特殊地,错排问题_i++_03.

代码参考:
本题还需乘上组合数 错排问题_错排问题_04

#include<stdio.h>
int main(){
	int x;
	scanf("%d",&x);
	while (x--){
		int m,n;
		scanf("%d%d",&m,&n);
		
		long long D[21]={0,0,1};//错排计数,其中D(0)=D(1)=0,D(2)=1	
		if (n>=3){
			for (int i=3;i<=n;i++){
				D[i]=(i-1)*(D[i-1]+D[i-2]);
			}
		}
		
		long long sum=1;//组合数计算 
		for (int i=1;i<=n;i++){
			sum=(m-n+i)*sum/i;//先乘后除,避免除不尽带来误差 
		}
		printf("%lld\n",D[n]*sum); 
		//错排和组合数都用long long int (64位) ,当n=m时,数据超出int 
	}
}

在本题中不可采用简化公式D(n) = [n!/e+0.5]因为double有效位数仅16位,而D(20)有18位,有误差,无法通过 附上:

#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main(){
	int x;
	scanf("%d",&x);
	while (x--){
		int m,n;
		scanf("%d%d",&m,&n);
		
		double D=1;//错排计数,D(n)=[n!/e+0.5],只取整数部分 
		for (int i=1;i<=n;i++){
			D*=i;
		}
		D=D*exp(-1)+0.5;
		
		long long sum=1;//组合数计算 
		for (int i=1;i<=n;i++){
			sum=(m-n+i)*sum/i;//先乘后除,避免除不尽带来误差 
		}
		printf("%lld\n",(long long)D*sum); 
	}
}

简化公式

错排公式的原形为错排问题_错排_05错排问题_组合数_06很大时计算就很不方便。
一个供参考的简化后的公式是错排问题_错排问题_07
错排问题_错排问题_08

对于比较小的错排问题_组合数_06,结果及简单解释是:
错排问题_i++_10(所有的元素都放回原位、没有摆错的情况)
错排问题_错排_11(只剩下一个元素,无论如何也不可能摆错)
错排问题_组合数_12(两者互换位置)
错排问题_错排_13(ABC变成BCA或CAB)
错排问题_i++_14
错排问题_i++_15
错排问题_错排问题_16
错排问题_组合数_17
错排问题_错排_18
错排问题_错排问题_19
错排问题_组合数_20

总结:

错排公式:
  1. 错排问题_错排_21
    特殊地,错排问题_组合数_22.
  2. 错排问题_错排_23