Комбинаторика

Комбинаторика

Комбинаторный анализ, комбинаторная математика, комбинаторика, - раздел математики, посвященный решению задач выбора и расположения элементов некоторого, обычно конечного, множества в соответствии с заданными правилами. Каждоетакое правилоопределяет способ построениянекоторой конструкции из элэментов исходного множества, называемой комбинаторной конфигурацией. Поэтому можно сказать, что целью К.а. является изучение комбинаторных конфигураций, в частности, вопросы ихсуществования,алгоритмы построения, решение задач на перечисление. Примерами комбинаторных конфигураций являются перестановки, размещения и сочетания; блок-схемы и латинские квадраты.

Математический Энциклопедический Словарь.

Комбинаторика - один из разделов дискретной математики, который приобрел важное значение в связи с использованием его в теории вероятностей, математической логике, теории чисел, вычислительной технике, кибернетике.

ВБольшой Советской Энциклопедии говорится, что комбинаторика - это разделматематики в которомизучаются некоторые операциинад конечными множествами.

Основными и типичными операциями и связанными сними задачами комбинаторики являются следующие:

1) образование упорядоченных множеств, состоящее в установлении определенногопорядка следования элементовмножества друг за другом, составление перестановок;

2) образование подмножеств, состоящее в выделении из данного множества некоторой части его элементов, - составление сочетаний;

3) образование упорядоченных подмножеств - составление размещений.

ТИПЫ КОМБИНАТОРНЫХ ЗАДАЧ.

1. Магический квадрат - квадратная таблица (n * n) целых чисел от 1 до nќ такая, что суммычисел вдоль любого столбца,любой строки и двух диагоналей таблицы равны одному и тому же числу s=n(nќ+1)/2. Число n называют порядом магического квадрата.

Доказано,что магический квадрат можно построить для любого n ™ 3. Уже в средние века был известен алгоритм построения магических квадратов нечетного порядка. Существуют магические квадраты, удоволетворяющие ряду дополнительных условий, например магический квадрат с n=8 , который можно разделить на четыре меньших магических квадрата 4x4. В Индии и некоторых других странах магические квадраты употреблялись как талисманы. Однако общей теории магических квадратов не существует. Неизвестно даже общее число магических квадратов порядка n.

2. Латинский квадрат - квадратная матрица порядка n, каждая строка и каждыйстолбец которой являются перестановками элементов конечного множества S, состоящего из n элементов.

3. Задача размещения -одна из классическихкомбинаторных задач, в которой требуется определить число способов размещения m различных предметов в n различных ячейках с заданным числом r пустых ячеек. Это число равно

4. Задача коммивояжера,задачао бродячем торговце - комбинаторная задачатеорииграфов. В простейшем случае формулируется следующим образом: даны n городов иизвестно расстояние между каждыми двумя городами; коммивояжер, выходящий из какого-нибудь города, должен посетить n-1 других городов и вернуться в исходный. В каком порядке должен он посещять города ( по одному разу каждый ) чтобы общее пройденное расстояние было минимальным ?

Методы решения задачи коммивояжера, по существу, сводятся к организации полного перебора вариантов.

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ КОМБИНАТОРНЫХ ЗАДАЧ

1. Метод рекуррентных соотношений.

Метод рекуррентных соотношений состоит в том, что решение комбинаторной задачи с n предметами выражается через решение аналогичной задачи с меньшим числом предметов с помощью некоторого соотношения, которое называется рекуррентным.Пользуясь этим соотношением, искомую величину можно вычислить, исходя из того, что для небольшого количества предметов решение задачи легко находится.

2. Метод включения и исключения.

Пусть N(A) - число элементов множества A. Тогда методом математической индукции можно доказать, что

N(A1 U A2 U ... An) = N(A1) + ... + N(An) - {N(A1 П A2) + ... + N(An-1 П An)} + + {N(A1 П A2 П A3) + ... + N(An-2 П An-1 П An)} - ... ... +(-1)^n-1*N(A1 П A2 П ... П An-1 П An).

Метод подсчета числа элементовобъединения множеств по этой формуле, состоящий в поочередном сложении и вычитании, называется методом включения и исключения.

3. Метод траекторий.

Для многих комбинаторных задач можноуказать такуюгеометрическую интерпретацию, которая сводит задачу к подсчету числа путей (траекторий), обладающих определенным свойством.

Дата добавления: 17.05.2001