隔板法

✍ dations ◷ 2024-12-22 10:00:48 #组合数学

隔板法是组合数学的方法，用来处理 $n {\displaystyle n}$ $n$ 个无差别的球放进 $k {\displaystyle k}$ $k$ 个不同的盒子的问题。可一般化为求不定方程的解数，并利用母函数解决问题。

隔板法与插空法的原理一样。

现在有 $10 {\displaystyle 10}$ $10$ 个球，要放进 $3 {\displaystyle 3}$ $3$ 个盒子里

隔 $2 {\displaystyle 2}$ $2$ 个板子，把 $10 {\displaystyle 10}$ $10$ 个球被隔开成 $3 {\displaystyle 3}$ $3$ 个部分

如此类推， $10 {\displaystyle 10}$ $10$ 个球放进 $3 {\displaystyle 3}$ $3$ 个盒子的方法总数为 ${\binom {10-1}{3-1}}={\binom {9}{2}}=36$ ${\binom {10-1}{3-1}}={\binom {9}{2}}=36$

$n {\displaystyle n}$ $n$ 个球放进 $k {\displaystyle k}$ $k$ 个盒子的方法总数为 ${\binom {n-1}{k-1}}$ ${\binom {n-1}{k-1}}$

问题等价于求 $x_{1}+x_{2}+...+x_{k}=n$ $x_{1}+x_{2}+...+x_{k}=n$ 的可行解数，其中 $x_{1},x_{2},...,x_{k}$ $x_{1},x_{2},...,x_{k}$ 为正整数。

现在有 $10 {\displaystyle 10}$ $10$ 个球，要放进 $3 {\displaystyle 3}$ $3$ 个盒子里，并允许空盒子。考虑 $10+3$ $10+3$ 个球的情况：

每个盒子的球都被拿走一个，得到一种情况，如此类推：

$n {\displaystyle n}$ $n$ 个球放进 $k {\displaystyle k}$ $k$ 个盒子的方法总数（允许空盒子），等同于 $n+k$ $n+k$ 个球放进 $k {\displaystyle k}$ $k$ 个盒子的方法总数（不允许空盒子），即 ${\binom {n+k-1}{k-1}}$ ${\binom {n+k-1}{k-1}}$

问题等价于求 $x_{1}+x_{2}+...+x_{k}=n$ $x_{1}+x_{2}+...+x_{k}=n$ 的可行解数，其中 $x_{1},x_{2},...,x_{k}$ $x_{1},x_{2},...,x_{k}$ 为非负整数。

${\binom {n+k-1}{k-1}}$ ${\binom {n+k-1}{k-1}}$ 也是 $(a_{1}+a_{2}+...+a_{k})^{n}$ $(a_{1}+a_{2}+...+a_{k})^{n}$ 展开式的项数 $\sum _{n_{1}+n_{2}+...+n_{k}=n}1$ $\sum _{{n_{1}+n_{2}+...+n_{k}=n}}1$

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