組合數學—什麼是組合數學(1)

組合數學所關心的問題就是把某個集合中的對象排列成某種模式,使其滿足一些指定的規則,以下是反覆出現的通用問題:

1.排列的存在性(存在性,即能否排列問題)

2.排列的列舉或分類(計數,能用多種方法)

         1.研究已知的排列

         2.構造最優排列

組合數學是研究離散構造的存在、計數、分析和優化等問題的一門學科。

 

1.棋盤完美覆蓋

1)一張普通的棋盤,被分成8行8列共64個方格。假如有形狀相同的多米諾骨牌,每張牌正好可以覆蓋棋盤上兩個相鄰的方格。是否能夠把32張多米諾骨牌擺放在棋盤上,使得兩張牌重疊,且在每張牌覆蓋兩個方格的條件下覆蓋棋盤上的所有方格。

1961年 Fischer發現了這個數12988816=2^4*17^2*53^2 

一般棋盤擁有m行n列,被分成mn個方格。此時它的完美覆蓋不完全存在。它的完美覆蓋當且僅當m和n中至少有一個是偶數,或者等價於這個方格總是有偶數。

如果一個棋盤8*8,用一把剪刀剪掉兩個方格,剩下的62個能否用31張骨牌完美覆蓋。

解法:把8*8的方格交替着上黑色和白色,於是有了32個白色和32個黑色。如果剪掉相同顏色的方格則不能覆蓋;如果剪掉不相同顏色的方格,則可以覆蓋

2)m*n棋盤上b牌格完美覆蓋

   (1)一個充分條件是b是m或n的一個因子時,成立。

   假設m*n棋盤的b格牌覆蓋的完美覆蓋。我們要證明m或者n被b除時餘數是0。設m和n除以b時的商和餘數分別是p,g和r,s,則

    m=pb+r,其中0<=r<=b-1

    n=qb+s,其中0<=s<=b-1

如果r=0,那麼b是m的一個因子。如果s=0,那麼b是n的一個因子。通過交換這個棋盤的行和列,不妨設r<=s。於是證明r=0

這樣將棋盤考慮分成3個部分,上方pb*n部分,左下方r*qb部分,和右下方的r*s部分。

在上方部分,在每一種顏色出現p次,所以總共出現pn次。

在左下方,每一行上,每種顏色出現q次,因此他們總共出現rq次。

在右下方,r*s部分上,某種顏色出現的多少次。已知r<=s,且我們的着色特點使某種顏色在r*s部分的每一行上出現一次,所以r*s部分上出現r次。一方面共有rs個方格,另一種情況,b種顏色每種顏色都出現r次,共有rb個,則rs=rb,如果r不等於0,則s=b,與s<=b-1矛盾,必須有r=0。

所以:m*n棋盤有b格牌的完美覆蓋當且僅當b或者是m的一個因子或者是n的一個因子

 

 

 

 

 

 

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