错排问题是组合数学中的问题之一。考虑一个有\(n\)个元素的排列,若一个排列中所有的元素都不在自己原来的位置上,那么这样的排列就称为原排列的一个错排。\(n\)个元素的错排数记为\(D_n\)。 研究一个排列错排个数的问题,叫做错排问题或称为更列问题。
最早研究错排问题的是尼古拉·伯努利和欧拉,因此历史上也称为伯努利-欧拉的装错信封的问题。这个问题有许多具体的版本,如在写信时将\(n\)封信装到\(n\)个不同的信封里,有多少种全部装错信封的情况?又比如四人各写一张贺年卡互相赠送,有多少种赠送方法?自己写的贺年卡不能送给自己,所以也是典型的错排问题。
对于\(D_n\),第一个元素不能在第一个位置上故有\(n-1\)种类情况。假设第一个元素在\(k\)的位置上,有两种情况
- 第\(k\)个元素在第一个上面,则此时的情况为\(n-2\)个元素的错排
- 第\(k\)个元素不在第一个上面,则此时的情况为剩下的\(n-1\)个元素的错排
所以我们得到了一个递推公式,\(D_n=(n-1)\times (D_{n-1}+D_{n-2}),(n > 2)\)
常见的几个值
\(D_{0}=0\) | \(D_{6}=265\) |
---|---|
\(D_{1}=0\) | \(D_{7}=1854\) |
\(D_{2}=1\) | \(D_{8}=14833\) |
\(D_{3}=2\) | \(D_{9}=133496\) |
\(D_{4}=9\) | \(D_{10}=1334961\) |
\(D_{5}=44\) | \(D_{11}=14684570\) |