Discrete mathematics and its applications笔记03

Discrete mathematics and its applications笔记

第三章

精彩习题

1.How many bit strings of length eight contain either three consecutive 0s or four consecutive 1s?(连续的3个0,或者连续的4个1,两者都满足也可以)
这题用递归去做就很舒服
\begin{aligned} &设长度为n的位串(bit\ string)中,包含连续3个0的有a_n个\\ &如果最后一个元素不是0,有a_{n-1}种,\\ &如果最后一个元素是0,\\ &1^\circ 最后3个是000,这时有2^{n-3}种。\\ &2^\circ 最后3个是100,对应a_{n-3}种\\ &3^\circ 最后3个是010,对应a_{n-2}种\\ &所以a_n=a_{n-1}+a_{n-2}+a_{n-3}+2^{n-3}\\ &a_0=a_1=a_2=0,a_3=1,a_4=3,a_5=8,a_6=20,a_7=47,\\ &a_8=107\\ &处理连续4个1的时候,同理的话就有繁琐了,\\ &可以换一种递归思路。\\ &设b_n是有连续4个1的长度为n的位串的总个数。\\ &1^\circ 对于长度为n-1的位串,第n为可选1或者0,共2b_{n-1}种\\ &2^\circ 假设最后5个位置是01111,并且前面n-5个位置里面没有连续4个1\\ &(注意这与第一种情况没有交集,因为第一种情况最后是1的话也是11111)\\ &有2^{n-5}-b_{n-5}种\\ &所以b_n=2b_{n-1}+2^{n-5}-b_{n-5}\\ &推出b_8=48\\ &减去重复计数的8个,最后答案是107+48-8=147\\ \end{aligned}

2.求证:对于任意的非零整数n,在n的倍数里面,一定存在一个只包含0和1的数(比如10001,11110001)
证明:不妨假设n为正整数,考虑如下n+1个数:
1,11,111,111...111
因为上面n+1个数除以n的余数最多只有n种可能
所以必然有两个数模n同余
将这两个数相减即为要求得的数

4.下面这段代码,最后得到的k是多少?

3

这也是可重复组合问题
等价的组合题目是 从n个不一样的数字中选出r个数(可以重复),r就是循环的层数这个比较巧妙,因为每次选出的这r个数升序排列对应循环的一种情况,(n=3时)比如1,2,1说明
然后2,2,1说明

所以最后答案是C_{n+m-1}^m

新知

1.笛卡尔积满足
|A_1\times A_2\times...\times A_m|=|A_1|\cdot |A_2|\cdot ...\cdot|A_m|

2.容斥原理(principle of inclusion-exclusion,也叫作subtraction principle)

3.从n个元素(元素各不相同)中选出r个可以重复的元素 的方法

有:C_{n+r-1}^r
(可以想象要选出r本书,我们放入n-1个立书架(隔板))
比如r=6,n=4时:
** | * | | ***
3个隔板把书分成4种类型,上图中表示从第一种类型中选2本,从第二种类型中选1本,从第四种类型中选3本。

4.假设有n个物体,k个箱子(箱子可以空)
(1)不同类型的物体放进不同类型的箱子里
设每个箱子放n_i个,则由乘法原理,得方法数目:

n!\over{n_1!n_2!...n_k!}

(2)不同类型的物体放进相同类型的箱子里
公式比较复杂,可以用穷举法
S(n,j)表示把n个不同类型的物体放进j个箱子,且箱子都不能空

则方法数目:\displaystyle\sum_{j=1}^kS(n,j)

(3)相同类型的物体放进不同类型的箱子里
相当于第3点中的插隔板,方法数目:

C_{n+k-1}^k

(4)相同类型的物体放进相同类型的箱子里
这个也是穷举法呀(无奈)
比如把6个相同类型的物体放进4个相同类型的箱子
可以如下穷举:

6
5 1
4 2
4 1 1
3 3
3 2 1
3 1 1 1
2 2 2
2 2 1 1
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