【入门级-数学与其他:4、离散与组合数学:乘法原理】

说"加法原理"也好,"乘法原理"也好,其实大家都会算数,这个没什么难的,关键这里是让大家了解在计算机的世界,如何将这2个原理与计算机结合,才能方便我们以后设计程序。

1、概念
"乘法原理"是离散与组合数学中的基本原理。是计算“多步骤完成任务总方法数”的核心原理,本质是“分步计数”,和加法原理共同构成了计数问题的基础。简单来说,当完成一件事需要分多个先后步骤,且每个步骤的选择不影响其他步骤时,总方法数就是各步骤方法数的乘积。

2、核心思想
乘法原理,也叫计数原理,描述的是:
如果一个任务可以分解成 k 个连续的步骤,完成第一步有n1​ 种方法,完成第二步有n2​ 种方法,……,完成第 k 步有nk​ 种方法。
那么,完成整个任务总共有n1×n2×⋯×nk种不同的方法。
就是做一件事,需要分几步完成,每一步都有若干种选择,那么完成这件事的总方法数就是把每一步的选择数乘起来。

3、举例说明
问题: 小王要从家去机场。他有 3 件上衣和 2 条裤子可以搭配。他有多少种不同的穿着方式?
分析:
完成“选择一套衣服”这个任务,可以分两步:
第一步: 选择一件上衣。有 3 种选择。
第二步: 选择一条裤子。有 2 种选择。
应用乘法原理:
总方法数 = 3×2=6种。

4、使用乘法原理时,必须注意两个关键点:
步骤的“独立性”:
每一步的选择必须是独立的。也就是说,你第一步选了哪种方法,不会影响第二步有多少种选择。
正确示例: 选上衣和选裤子是独立的,选哪件上衣都不会影响裤子的选择范围。
错误示例: 如果问题是“从10个人中选一个队长和一个副队长”,那么选队长有10种方法,但选副队长时,由于同一个人不能兼任,就只剩下9种方法。这里的步骤是相关的,但仍然可以使用乘法原理:
10×9=90。这时,乘法原理依然适用,但第二步的选择数依赖于第一步的结果。

任务的“完备性”:
通过这几个步骤产生的所有结果,必须恰好是你要计数的所有情况,既不能重复,也不能遗漏。

5、小结
乘法原理是组合数学的基石,它的核心思想是 “分步相乘”,掌握好乘法原理,是学习后续更复杂的排列(Permutation)、组合(Combination)等概念的关键。
1 识别任务是否可以分解为一系列连续的步骤。
2 确定每一步有多少种选择方法。注意步骤间的依赖性。
3 计算所有步骤选择数的乘积。

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