“隔板法”詳解


理解隔板法

隔板法就是在n個元素間的(n-1)個空插入k-1個板子,把n個元素分成k組的方法。

應用隔板法必須滿足的3個條件:

  1. n個元素是相同的
  2. k個組是互異的
  3. 每組至少分得一個元素

公式

將n個相同的求放到m個不同的盒子里的個數為:$C_{n-1}^{m-1}$

例如,把10個相同的球放入3個不同的箱子,每個箱子至少一個,問有幾種情況?  $C_{n-1}^{m-1} = C_9^2$

隔板法應用

普通隔板法

例1.求方程x+y+z=10的正整數解的個數。

分析:將10個求排成一排,球與球之間形成9個空隙,將兩個隔板插入這些空隙中(每空至多插一塊隔板),規定由隔板分成的左、中、右三部分的球數分別為x、y、z的值,則隔板法與解的個數之間建立了一一對應關系,故解的個數為C(n-1, m-1) = C(9, 2) = 36.

添元素隔板法

例2. 求方程 x+y+z=10的非負整數解的個數。

分析:注意到x、y、z可以為零,故例1解法中的限定“每空至多插一塊隔板”就不成立了,怎么辦呢?只要添加三個球,給x、y、z各添加一個球,這樣原問題就轉化為求 x+y+z=13的正整數解的個數了,則問題就等價於把13個相同小球放入3個不同箱子,每個箱子至少一個,有幾種情況?易得解的個數為C(n+m-1,m-1)=C(12,2)=66(個)。

 

例3.把10個相同的小球放到3個不同的箱子,第一個箱子至少1個,第二個箱子至少3個,第3個箱子可以為空,有幾種情況?

我們可以在第二個箱子先放入10個小球中的2個,小球剩8個放3個箱子,然后在第三個箱子放入8個小球之外的1個小球(即補充了一個球),則問題轉化為把9個相同小球放3不同箱子,每箱至少1個,幾種方法?C(8,2)=28

(減元素隔板法)

例4. 將20個相同的小球放入編號分別為1,2,3,4的四個盒子中,要求每個盒子中的球數不少於它的編號數,求放法總數。

分析:先在編號1,2,3,4的四個盒子內分別放0,1,2,3個球,剩下14個球,再把剩下的球分成4組,每組至少1個,由例1知方法有C(13,3)=286(種)。

添板插板法

例5.有一類自然數序列,從第三個數字開始,每個數字都恰好是它前面兩個數字之和,直至不能再寫為止,如1 4 5 9,5 8 13等等,這類數共有幾個?

分析:因為前2位唯一確定了整個序列,只要求出前兩位的所有情況即可,設前兩位為a和b

顯然a + b <= 9,且a不為0.

設1_1_1_1_1_1_1_1_1    1代表9個1,_代表8個空位.

我們要把9分成兩組,但b可以為0,我們先給b一個1,然后就相當於把10個球放入(a, b)兩不同的盒子里,每個盒子至少放一個,C(9, 1),但這是錯誤的,為什么?因為1不一定要全部放入。其實解決這個問題可以這么想,我們引入一個盒子c放a、b取完后剩下的1,所以保證c中球數大於0,需要再增加一個球,題目等價於,11個球放入3個不同的箱子,每個箱子至少放一個,C(10, 2).

 

例5另一種解法:

顯然a + b <= 9,且a不為0.

設1_1_1_1_1_1_1_1_1_ _    1代表9個1,_代表8個空位.

之前我們可以在9個空位中插入2個板,分成3組,第一組取到a個1,第二組取到b個1,但此時第二組始終不能取空。若在末尾添加兩個空,第二組就能取到空,所以共有C(10, 2).

選板法

例6.有10粒糖,如果每天至少吃一粒(多不限),吃完為止,求有多少種不同吃法?

分析:o_o_o_o_o_o_o_o_o_o   o代表10個糖,_ 代表9個空,所以10塊糖,9個空,插入9塊隔板,每個板都可以選擇放或不放,相鄰兩板間的糖一天吃掉,這樣共有

2^9=512啦.

分類插板法

例7.小梅有15塊糖,如果每天至少吃3塊,吃完為止,那么共有多少種不同的吃法?

分析:

此問題不能用插板法的原因在於沒有規定一定要吃幾天,因此我們需要對吃的天數進行分類討論 
最多吃5天,最少吃1天 
1: 吃1天或是5天,各一種吃法 一共2種情況 
2:吃2天,每天預先吃2塊,即問11塊糖,每天至少吃1塊,吃2天,幾種情況? C(10, 1)=10 
3:吃3天,每天預先吃2塊,即問9塊糖,每天至少1塊,吃3天? C(8 ,2)=28 
4:吃4天,每天預先吃2塊,即問7塊糖,每天至少1塊,吃4天?c(6 ,3)=20 
所以一共是 2+10+28+20=60 種 .

逐步插板法  

我覺得叫逐步插空法更好,為什么?看例題

例8.在一張節目單中原有6個節目,若保持這些節目相對次序不變,再添加3個節目,共有幾種情況?
分析:可以用一個節目去插7個空位,再用第二個節目去插8個空位,用最后個節目去插9個空位,所以一共是C(7, 1)×C(8, 1)×C(9, 1)=504種.

OJ例題

1.[ZOJ3557]How Many Sets II

題意:從n個小球中取m個小球,不能取相鄰的小球的方案數.

這道題是插板法的經典應用
首先我們拿出m個小球,還剩下n-m個小球。這n-m個小球一共有n-m+1個空(左右兩邊也可以),把這m個小球插入到這n-m+1個空里就是答案,即$C_{n-m+1}^m$
這m個小球的編號取決於它插入的位置,所以和選哪個小球沒關系.

2.hdu 3037 Saving Beans

題意:有n個不同的盒子,在每個盒子中放一些球(可以不放),使得總球數≤m,求方案數(mod p).

方法一:

設最后放了k個球,根據"隔板法"由方案數C(k+n-1,n-1),:<br>
ans=C(n-1,n-1)+C(n,n-1)+C(n+1,n-1)+……+C(n+m-2,n-1)+C(n+m-1,n-1)<br>
&nbsp; &nbsp; &nbsp;=C(n+m,n);(mod p)

方法二:

這個題和原來不一樣的地方:總球數≤m,一般我們就是總球數就是m,所以我們可以增加一個盒子,現在n+1個盒子,現在假設就要放m個球,n來來放k個球,剩下的m-k就放在那個我們增加的盒子里,這樣n個盒子的組合球數就是我們要求的,所以題目等價於m個球放入n+1個盒子中,盒子有里球數可以為0,添元素插板法,每一個盒子都增加一個球,即m+n+1個球放入n+1個盒子,c(m+n,n)為答案。

 

 

參考鏈接:http://www.360doc.com/content/18/1010/18/5315_793617654.shtml


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