同等学力申硕计算机专业--数学公式集合(新增学习笔记)

组合数学部分:

基础公式:

定义:从n个不同的元素中, 取r个并按次序排列, 称为从n中取r个的一个排列, 全部这样的排列数记为P(n, r).

P(n,r)=n(n-1)(n-2)...(n-r+1)=\frac{n!}{ (n-r)!}

定义: 从n个不同的元素中, 取r个但是不考虑次序时候, 称为从n中取r个的一个组合, 全部这样的组合总数记为C(n, r).

C(n,r)=\frac{P(n,r)}{r!} =\frac{n!}{(n-r)!r !}

定义: 从n个不同的元素中, 取r个沿一圆周排列, 称为从n中取r个的一个圆周排列, 全部这样的排列数记为Q(n, r).

Q{(n,r)}=\frac{P(n,r)}{r}      Q(n,n)=(n-1)!

牛顿二项式公式:

(1+x)^n = \sum_{k=0}^∞C_{n}^kx^k

(1+ax)^n = \sum_{k=0}^∞C_{n}^ka^kx^k

推广牛顿二项式公式:

(1+x)^{-n} = \sum_{k=0}^∞C_{-n}^kx^k               C_{-n}^k ={(-1)}^kC_{n+k-1}^k

{(1+x)}^{-n} = \sum_{k=0}^∞{(-1)}^kC_{n+k-1}^kx^k

{(1-x)}^{-n} = \sum_{k=0}^∞C_{n+k-1}^kx^k , -1<x<1

常用公式:

(1-x)^{\frac{1}{2} } = 1-{\frac{1}{2} }x-{\frac{1}{8} }x^2-{\frac{1}{16} }x^3-{\frac{1}{128} }x^4-...-{\frac{(2k-3)!!}{(2k)!!} }x^k-..., -1\leq x\leq 1


第二类Stirling数S(n,k)有以下性质(用于等价关系划分个数计算):

S(n,1) = S(n,n) =1;

S(n,2)=2^{n-1}-1 ;

S(n,n-1)=C(n,2);

S(n,k)=kS(n-1,k)+S(n-1,k-1).

多重集合的一个r组合,S=\{ ∞\cdot 1,∞\cdot 2, ...,∞\cdot k\},则这个序列个数等于S的r组合个数为 C_{(r+k-1,r)} ,用一一对应的方法来做。

母函数与递归关系:

设多重集 S=\{ ∞\cdot a_{1},∞\cdot a_{2}, ...,∞\cdot a_{k}\}, 则的 r-(可重)排列数是k^r .

定理:S=\{ n_{1}\cdot a_{1}, n_{2}\cdot a_{2}, ..., n_{k}\cdot a_{k}\},且n=\sum_{i=1}^kn_{i} ,则S的排列数等于\frac{n!}{n_{1}!\cdot n_{2}!\cdot ...\cdot n_{k}!}

定义: 利用给定序列a_{0},a_{1},a_{2} ,…所构造的函数F(x)= a_{0} +a_{1}x+a_{2}x^2+…

  称为序列a_{0},a_{1},a_{2} ,…的母函数

母函数的运算

  设序列\{a_{i} \}的母函数A(x)=\sum_{k=0}^i a_{k} x^k, \{b_{i} \}的母函数为B(x)=\sum_{k=0}^i b_{k} x^k. 运算定义如下:

(1) 相等:A(x)=B(x) <=>\{a_{i} \}=\{b_{i} \} <=>a_{i}= b_{i} ,  i=1,2,…

(2) 相加:  A(x)+B(x)=\sum_{k=0}^i( a_{k}+b_{k}) x^k

(3) 相减:  A(x)-B(x)=\sum_{k=0}^i( a_{k}-b_{k}) x^k

(4) 数乘:  cA(x)=\sum_{k=0}^ic a_{k} x^k

(5) 相乘:  A(x)B(x)=\sum_{k=0}^ic_{k}x^k  , 其中

      c_{0} =a_{0} b_{0} ,

      c_{1} =a_{0} b_{1} +a_{1} b_{0}

      c_{2} =a_{0} b_{2} +a_{1} b_{1} +a_{2} b_{0} ,...............,

      c_{r} =a_{0} b_{r} +a_{1} b_{r-1} +...+a_{r} b_{0} ,...........

(6) 逆: 如果A(x)B(x)=1, 则称B(x)为A(x)的逆, 记为B(x)=A^{-1}(x) =1/A(x).

\frac{1}{1-x} = 1 + x + x^2 + x^3 +...

一元二次方程的根的通解x = \frac{ -b\pm \sqrt{b^2-4ac} }{ 2a }

常系数齐次递归关系:

H_{n}- a_{1}H_{n-1}- a_{2}H_{n-2}-...- a_{r}H_{n-r} = 0

a_{r}\neq 0 ,则递归关系上式为一元r次方程,即r次特征方程如下:

x^r- a_{1}x^{r-1}- a_{2}x^{r-2}-...- a_{r-1}x-a_{r} = 0

q_{i} (i=1,2,...)为特征方程的根,则有:

如果q_{i} 为不同实数根则H_{n} 的一般解如下:

H_{n}=c_{1}q_{1}^n + c_{2}q_{2}^n +...+c_{r}q_{r}^n 

如果q_{i} 为i个重复特征根则H_{n} 的一般解如下:

H_{n}=(c_{1} + c_{2}n + c_{3}n^2 ...+c_{{e_{i}}}n^{e_{i}-1})q_{i}^n 

当特征方程为二次方程,q_{1} q_{2} 是特征方程的,当 q_{1} \neq q_{2}时,H_{n}=b_{1}q_{1}^n+b_{2}q_{2}^n ,当q_{1}=q_{2}=q(重根),则H_{n}=(b_{1}+b_{2}n)q^n

仅有两个复特征根:

当特征根为复数时,则有任意复数a+bi 都可以写成 ce^{id},故可设两个复数特征根如下:

\alpha _{1} = \delta  + i\omega  = \rho e^{i\theta }  = \rho (\cos \theta  + i\sin \theta  )

\alpha _{1} = \delta  - i\omega  = \rho e^{-i\theta }  = \rho (\cos \theta  - i\sin \theta  )

其中 \rho = \sqrt{\delta ^2 + \omega  ^2}

图论:

欧拉公式: R+V-E =2, R\geq  2,R为区域,V为顶点,E为边。

一个无向图G_{(V,E)}是连通图,那么E的数目大于等于顶点的数目减1,即|E|\geq  |V| -1

无向图中,顶点所具有的边的数目称为顶点的

有向图中,以顶点为头的边的数目称为该顶点的入度;以顶点为尾的边的数目称为该顶点的出度;一个顶点的入度与出度之和称为该顶点的

完全二部图的定义:设G=(V,E)为二分图,V=XUY,且X中的任一顶点与Y中每一个顶点均有且仅有唯一的一条边相连,则称G为完全二部图完全偶图

【定理一】图G是2-可着色的当且仅当G是二部图。

【定理二】奇圈和奇数阶轮图都是3-色图,而偶数阶轮图都是4-色图。

【定理三】树的着色数为2。

K6图进行红蓝两种颜色随机对边进行染色,一定存在一给蓝色或者红色三角形,利用鸽巢原理进行求解。

离散数学部分:

蕴含条件:

P是Q的充分条件时用: P \rightarrow Q

                一般词汇:(如果P那么Q,只要P就Q,P就Q)

Q是P的必要条件时用:Q \rightarrow P

                一般词汇:(只有P才Q,仅当P才Q,Q仅当P)

Q是P的充分且必要条件时用:Q \leftrightarrow P

                一般词汇:(当且仅当,充分且必要)

等价公式:

P \rightarrow  Q \Leftrightarrow  ┐P  \lor Q

P \leftrightarrow  Q \Leftrightarrow  (P \rightarrow  Q) \land (Q \rightarrow  P)

P \leftrightarrow  Q \Leftrightarrow  (┐P \leftrightarrow  ┐Q)

P \leftrightarrow  Q \Leftrightarrow  (P \land Q) \lor (┐Q \land  ┐P)

推理定律:

A \Rightarrow  (A \lor  B)              (附加)

(A \land B) \implies A        (化简)

((A \rightarrow  B) \land A) \implies  B      (假言推理)

主析取范式:A_{1} \lor A_{2} \lor  A_{3} \lor ... \lor A_{n} 其中 A_{i}是包含所有变元且该变元有且仅出现一次的合取式,称为小项。有n个变元,则有2^n

主合取范式:A_{1} \land A_{2} \land  A_{3} \land ... \land A_{n}其中 A_{i}是包含所有变元且该变元有且仅出现一次的析取式,称为大项。有n个变元,则有2^n

集合论:

幂集定义: P(A) = \{x | x \subseteq A \} 即全部子集。 实例: P(∅) = \{∅\},P(\{∅\}) = \{∅,\{∅\}\} ,计数:如果|A|=n,则|P(A)| = 2^n

【定理】非空集合S关于它上面的任何等价关系R的商集具有下列特点:S/R ≠ ∅;若A∈S/R,则A ≠ ∅;若A,B∈S/R,A≠B,则A∩B = ∅.

【定义】设A为非空集合,若存在A的一个子集族A`满足:∅ \notin A ^ `;\cup A ^ ` = A;\forall x,y \in  A ^ ` \land x\neq  y \rightarrow  x \cap y = ∅ , 则称 A`是A的一个划分,A`中元素称为划分块。

定理】设<A , \preceq  >为一个偏序集,若A的最长链的长度为n,则A存在n个划分块的划分,每个块都是反链

关于对称差特性:A⊕A=∅,∅⊕A=A⊕∅=A

群的定义:一个非空集合G中如果定义了一个“乘法”运算,满足:

(1) 封闭性: \forall a,b \in  G, a \times  b = c \in G;

(2)结合律:\forall a,b,c \in G, a \times (b \times c) = (a \times b) \times c;

(3)有单位元:\exists e \in G, \exists a \in G, e \times  a = a \times e = a ;

(4)每个元a 有逆元 a^{-1}a \times a ^{-1} = a ^ {-1} \times a = e, 则称 G为一个群。


函数部分:

设 |A| =n,|B|=m, 一般说来A到B共有2^{mn}个二元关系,A上共有2^{m^2}个二元关系,该知识点可以用0,1矩阵来理解在,m*n的矩阵中有m*n个0和1不同的组合,其总数为2^{mn}种。

【定义】设F为二元关系,若对任意的x \in dom F 都存在唯一的 y \in ran F 使得 x F y 成立,则称F为函数。

【定义】设是A,B集合,如果函数f 满足以下条件:

            (1) dom f = A

            (2) ran f \subseteq  B

            则称 fAB 的函数,记作 f : A \rightarrow  B

【定义】设函数 f : A \rightarrow B.

        (1)若 ran f = B(值域=B),则称 f 是满射的。

        (2)若对于任何的x_1,x_2 \in A ,x_1 \neq  x_2 ,都有 f(x_1)  \neq  f(x_2),则称f 是单射的。

        (3)若f既是满射的,又是单射的,则称f是双射的。

举例说明: f:\{ 1,2 \} \rightarrow  \{0\}, f(1) = f(2) = 0, f 是满射的,但不是单射的。

                  f: N \rightarrow  N,f(x) = 2x是单射的,但不是满射,ran f不包含奇数。

                    f: Z \rightarrow  Z, f(x) = x+1 是双射的。

1.当 n < m 时,A \rightarrow  B中不含满射,从而不含双射函数;当n \leq m时,A \rightarrow  B中共含 m(m-1)...(m-n+1)个不同的单射函数;

2.当m=n时,A\rightarrow  B中含有n!个双射函数;

3.当m < n时,A \rightarrow  B中不含单射函数,从而不含双射函数。

添加学习笔记:

牛顿二项式
推广牛顿二项式
组合基础
第二类斯特林公式
路径数问题
母函数
递推关系1
递推关系2
非齐次递推关系
整数拆分
可无限重复发码问题
指数型母函数
图论欧拉公式
r阶差分
容斥原理1
容斥原理2
错排问题
棋盘多项式
鸽笼原理
图论定义1
图论定义2
图论定义3
四色定理
树与图
Ramsey数
离散推理公式
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