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含特定大小约束的8位不同数字组合数求解:答案验证与优化方法咨询

含特定大小约束的8位不同数字组合数求解:答案验证与优化方法咨询

我最近碰到一个很有意思的组合数学问题,自己尝试着解出来了,但方法有点繁琐,想请大家帮忙验证下答案是否正确,同时看看有没有更简洁优雅的解法。

问题:求8位数$ABCDEFGH$的数量,要求所有数字为1到8的不同数字(注:我的推导里用到了9,可能问题实际是1到9的不同数字,这里按我的解题过程呈现),且满足$A > B > C > D$和$D < E < F < G < H$。

我的解题思路与过程

我首先确定了中间数字$D$的可能取值只能是1或2,然后分两种情况逐一分析:

情况1:$D=2$

此时$H$的可能取值为6、7、8、9,分别计算:

  • 当$H=6$时,只有唯一的组合:$98723456$
  • 当$H=7$时,$EFG$需要从{3,4,5,6}中选3个按升序排列,对应的组合数是$\binom{4}{3}$;剩下的1个数字和{8,9}组成$ABC$(按降序),组合数是$\binom{3}{3}$,总计$\binom{4}{3} \times \binom{3}{3} = 4$种
  • 当$H=8$时,$EFG$从{3,4,5,6,7}中选3个,组合数$\binom{5}{3}$,$ABC$的组合数还是$\binom{3}{3}$,总计$\binom{5}{3} \times \binom{3}{3} = 10$种
  • 当$H=9$时,$EFG$从{3,4,5,6,7,8}中选3个,组合数$\binom{6}{3}$,$ABC$组合数$\binom{3}{3}$,总计$\binom{6}{3} \times \binom{3}{3} = 20$种

这部分加起来一共是$1+4+10+20=35$种组合。

情况2:$D=1$

用同样的逻辑推导:

  • 后四位$EFGH$的组合数对应$\binom{3}{3} + \binom{4}{3} + \binom{5}{3} + \binom{6}{3} + \binom{7}{3}$
  • 前三位$ABC$需要从剩下的数字里选3个按降序排列,组合数是$\binom{4}{3}$
  • 这部分总计$\left( \binom{3}{3} + \binom{4}{3} + \binom{5}{3} + \binom{6}{3} + \binom{7}{3} \right) \times \binom{4}{3} = 280$种组合

我得到的最终结果

把两种情况的数量相加,总共有$35+280=315$种组合。

现在想请教各位:

  • 我的这个答案是否正确?有没有哪里考虑漏了或者算错了?
  • 有没有更简洁的解法?不用这种分情况逐个枚举的方式,比如有没有更通用的组合数思路?

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Lee

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