受限排列问题求解:从4人中选3名指定岗位职员的计算
用容斥原理解决职位选任问题
我来一步步拆解这个计算过程,保证你能彻底搞明白:
首先咱们得明确,这是个排列问题——毕竟主席、财务主管、秘书是三个不同的职位,选Alice当主席和选她当秘书完全是两种不同的选法。
第一步:算无限制的总选法数
如果不考虑任何人的资格限制,从4个人里挑3个来担任这三个职位,总共有:P(4,3) = 4 × 3 × 2 = 24 种选法(这就是公式里的第一个数字24)。
第二步:定义两类“违规”选法
咱们把不符合要求的选法分成两个集合:
- 集合A:Bob担任财务主管的所有选法(毕竟Bob没资格当这个职位)
- 集合B:Cyd担任秘书的所有选法(同理,Cyd没资格当秘书)
第三步:计算单个违规集合的大小
- 计算|A|(Bob当财务主管的选法数):
财务主管已经定了是Bob,剩下主席和秘书要从Alice、Cyd、Dan这3人里选2个来排列,所以是3 × 2 = 6种(这就是公式里第一个要减去的6)。 - 计算|B|(Cyd当秘书的选法数):
秘书已经定了是Cyd,剩下主席和财务主管要从Alice、Bob、Dan这3人里选2个排列,同样是3 × 2 = 6种(这就是公式里第二个要减去的6)。
第四步:计算两种违规同时发生的选法数
也就是|A∩B|——Bob当财务主管且Cyd当秘书的情况。这时候只剩下主席这个职位,只能从剩下的Alice和Dan里选,所以有2种选法(这就是公式里要加回来的2)。
第五步:用容斥原理算合法选法数
容斥原理的核心逻辑是:总合法数 = 总选法数 - 单个违规的选法数 + 重复减去的同时违规选法数(因为前面把同时违规的情况减了两次,得加回来一次补正)。
代入数字就是:24 - 6 - 6 + 2 = 14 种。
这样一步步捋下来,是不是就完全理解这个公式的由来啦?
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Isabella.T
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