用m种颜色着色圆的n个扇形的方法总数

探讨了将圆分成n个扇形,并使用m种不同颜色进行染色的方法数量,确保相邻扇形颜色不同。通过数学分析得出了递推公式,并提供了一段Java代码实现。

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题目: 将圆分成 nn 个扇形,用 m 种不同颜色染色,并且相邻的扇形不同色,问有多少种着色方法。

分析: 假设将圆分成 nn 个扇形符合题意的着色方法有 An 种。
对第一个扇形着色有 mm 种,第二个扇形有 (m1) 种,第三个扇形有 (m1)(m−1)……nn 个扇形有 (m1) 种,但是这样着色会存在第 nn 个扇形和第一个扇形同颜色的情况,我们应该减去这样的情况。若第 n 个扇形和第一个扇形同色,把这两个扇形合成一块,这就相当于(n1)(n−1)个扇形用 mm 种颜色着色问题,它的解是 An1。由上可得出递推公式An=m(m1)n1An1An=m∗(m−1)n−1−An−1,对这个式子移项化简得到An(m1)n=(An1(m1)n1)An−(m−1)n=−(An−1−(m−1)n−1),由此得到An(m1)nAn−(m−1)n是公比为1−1的等比数列。
n=1n=1A1=mA1=m
n=2n=2A2=m(m1)A2=m(m−1)
n3n≥3An(m1)n=[A2(m1)2](1)n2An−(m−1)n=[A2−(m−1)2]∗(−1)n−2,化简得到An=(m1)n+(m1)(1)nAn=(m−1)n+(m−1)∗(−1)n

当然要是直接写算法求解的话,得到上面的递推公式就可以了,不需要解出后面的通项公式。

public int colorCount(int n, int m) {
    if (n <= 0)
        return 0;
    if (n == 1)
        return m;
    int[] ans = new int[n + 1];
    ans[1] = m;
    ans[2] = m * (m - 1);
    for (int i = 3; i <= n; i++) {
        ans[i] = (int) (m * Math.pow(m - 1, i - 1) - ans[i - 1]);
    }
    return ans[n];
}
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