计数与概率方法 · 有限枚举

有序枚举法

给每个答案一个唯一的位置,再把每个位置的合法情况列完。

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01

从一行到整张表

从1、2、3、4、5、6中选两个不同的数,要求和不超过7。只看选中哪些数,交换位置不另算。共有多少种?先把每对记成 (a,b),其中 a<b。

第1步 / 共5步:先规定标准

只保留 a<b。依次固定 a=1、2、3,逐行列 b;还要说明何时可以停止。

当前演示:二数配对

0 种已列

先定标准,再开始计数

交换位置不另算,所以规范为较小数在前。最终需列完所有合法行,并证明没有后续行。

“有序”指有规则地枚举,不表示题目一定区分先后。三数模式有自己的完整条件与结果。

02

为什么这些行不重不漏

学习目标:把题目的“同一种”标准转为唯一表示,建立列表或树状图,给每一层规定取值范围,并证明停止边界。前置知识是正整数、大小关系、简单不等式、加法与乘法计数;三数变式还需要用总和确定余数。

S班是本项目的深度编排,不是已核实的当地官方课纲。例题和练习均为自拟教学题。本页讨论有限整数对象,未讨论无限集合或连续取值。

四件事缺一不可

  1. 定对象:选中的数能重复吗?交换顺序算不算新答案?例如“选两个数”与“排成两个位置”是两个计数问题。
  2. 定唯一表示:无序且不同的二数写成 a<b;无序且允许重复的三数写成 a≤b≤c。相同对象的不同写法被归为一个规范写法。
  3. 逐层定范围:先固定 a,再逐个列合法的 b;若还有 c,尽可能由条件唯一确定。每层列表的次序可选,但所有合法取值必须出现。
  4. 证归属与停止:每个合法对象都有一个规范写法,只归一个分支;每个分支内部穷尽合法取值。越过边界后需证明不可能,不凭“看起来没有了”停止。

列表和树状图是同一种结构

一行可看作树的一条一级分支:先选 a,再沿分支选 b,必要时继续选 c。每条从起点到末端的完整路径表示一个答案。分支内部逐个计数;不同且互斥的分支之间相加。不能把各层可选数直接相乘,除非每个前缀都确实有相同数量的后续选择。

03

两道完整例题

例题一 · 不同二数,和有上限

从1至6选两个不同数,和不超过7,交换不另算

  1. 规范为 a<b,且 a、b 都是1至6中的整数,a+b≤7。
  2. 固定 a 后,b 至少 a+1,至多是6与7−a中的较小者。因此每行范围是 a+1≤b≤min(6,7−a);若下界超过上界,本行为空。
完整列表
a合法的 (a,b)种数
1(1,2)、(1,3)、(1,4)、(1,5)、(1,6)5
2(2,3)、(2,4)、(2,5)3
3(3,4)1

若 a≥4,因为 b≥a+1≥5,和至少为9,超过7,后面的行全部为空。所以答案是 5+3+1=9种。

不重:一对数的较小数唯一,同一行的 b 又各不相同。不漏:任意合法一对按大小排列后,都落入上面相应行的完整 b 范围。两点合在一起才构成完备性说明。

例题二 · S班结构变式:允许重复的三数

三个正整数的和为12,允许相等,不计次序,共有多少组?

写成 a≤b≤c。因为 a 是最小数,3a≤12,所以 a=1、2、3、4。固定 a 后,c=12−a−b;由 b≤c 得2b≤12−a。因此 b 从 a 起,列到 (12−a)÷2 的整数部分。

每行列完合法中间数,最大数由总和确定
ab的范围全部 (a,b,c)种数
11至5(1,1,10)、(1,2,9)、(1,3,8)、(1,4,7)、(1,5,6)5
22至5(2,2,8)、(2,3,7)、(2,4,6)、(2,5,5)4
33至4(3,3,6)、(3,4,5)2
44(4,4,4)1

共 5+4+2+1=12组。a≥5 时三数和至少15,故停止。每组数排序后的三元组唯一;固定 a、b 后 c 唯一。上面的上下界既保证正整数和为12,也保证从小到大,所以没有多列或少列。

如果三个位置区分顺序,答案为何不是12×6?

全不相等的有7组,每组有3×2×1=6种排列;恰有两个相等的有4组:(1,1,10)、(2,2,8)、(2,5,5)、(3,3,6),每组只需确定那个不同数的位置,有3种;全相等的 (4,4,4) 只有1种。

7×6+4×3+1=55种

独立核对:若按有顺序的第一个数 x 分类,x=1至10,后两个正整数的有序分法依次为10、9、…、1,共55种。相同元素交换不会得到新排列,不能统一乘6。

04

迁移练习

练习一 · 扩大范围,重做停止条件

从1至8选两个不同的数,和不超过9,交换位置不另算。有多少种?如果改为两个有顺序的位置,仍要求两个数不同,又有多少种?

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无序时规范为 a<b。a=1:b=2至8,有7种;a=2:b=3至7,有5种;a=3:b=4至6,有3种;a=4:只有b=5,有1种。a≥5时,最小和5+6=11>9,故停止。

无序共 7+5+3+1=16种。两个数始终不同,所以每对有两种次序,共 16×2=32种。这一倍乘成立的依据是每组都含两个不同数,不能不查条件便推广到有重复的情况。

练习二 · 允许相等,分拆总和10

三个正整数的和为10,允许相等,不计次序,有多少组?若区分三个位置,结果是多少?

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令 a≤b≤c。3a≤10,所以 a=1、2、3。a=1时,b=1至4:(1,1,8)、(1,2,7)、(1,3,6)、(1,4,5),4组;a=2时,b=2至4:(2,2,6)、(2,3,5)、(2,4,4),3组;a=3时,b=3:(3,3,4),1组。共 4+3+1=8组。

四组全不同,四组恰有两个相等,没有全相等组(10不是3的倍数)。区分位置时共 4×6+4×3=36种。独立核对:第一个数从1到8,后两个正整数分别有8、7、…、1种有序分法,总计36。

05

反例、易错与回顾

回顾:对象是否相同 → 规范写法 → 每层范围 → 完整列举 → 唯一归属 → 停止证明 → 按题意汇总。检查的是整套枚举结构,而不只是列表看起来整齐。

06

逐章回看

文字稿默认展开。点击章节标题,定位到视频中的对应讲解。

从一到六,选两个不同的数,和不超过七。交换位置不另算一种。

把每对写成小数在前。先固定一,搭配二到六,共五种。

再固定二,搭配三、四、五,共三种。固定三,只能搭配四。

较小数至少是四时,最小的一对四和五也超过七。因此停止,共九种。

为什么不重不漏?每对都有唯一的较小数,只进一行;每行又列完所有合法的较大数。

换成三个正整数,和为十二,允许重复且不计次序。写成从小到大。

先固定最小数,再固定中间数,最大数由总和确定。四行分别有五、四、二、一种,共十二种。

如果次序要计呢?三个数全不同,有六种排列;恰有两个相等只有三种;全相等只有一种。

有序枚举的关键,不是只列几个例子,而是规定归类规则、取值范围和停止条件。