什麼是圓形排列?
圓形排列計算的是將 n 個相異物件圍成一圈時,有多少種相異的排列方式,其中經過旋轉後相同的排列會被視為同一種。和排成一列(線性排列)不同,圓圈沒有固定的起點,因此把每個人都往左移一個座位後,得到的仍是同一種排列。本計算器以任意精度運算回傳精確結果 \((n - 1)!\),即使輸入很大的數值也能保持完全準確。
如何使用這個計算器
輸入相異物件的數量 n(正整數,\(n \ge 1\)),即可得到圓形排列的數目。舉例來說,n 個人圍著圓桌就座的方式,或是 n 顆相異珠子排成固定方向圓環的方式,都是 \((n - 1)!\) 種。
公式解析
n 個相異物件的線性排列共有 \(n!\) 種。在圓圈中,每一種獨特的排列都可以旋轉成 n 個彼此等價的位置(對應每一個可能的起始物件)。將線性排列數除以這 n 種旋轉,便得到:
$$P_c = \frac{n!}{n} = (n - 1)!$$
注意:這是標準的圓形排列。它不會把鏡像反射(順時針與逆時針)視為相同。如果連反射也算同一種——例如可以翻面的項鍊或手鍊——那麼當 \(n \ge 3\) 時,總數會是 \(\frac{(n - 1)!}{2}\)。
範例演算
當 \(n = 5\) 時:$$(5 - 1)! = 4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24$$也就是說,五位不同的人圍著圓桌就座,在把旋轉視為相同的前提下,共有 24 種相異的排列方式。
常見問題
n = 1 或 n = 2 時答案是多少?當 \(n = 1\) 時,\((1 - 1)! = 0! = 1\)。當 \(n = 2\) 時,\((2 - 1)! = 1! = 1\)——兩個物件圍成一圈,在旋轉等價下只有一種相異排列。
為什麼是除以 n,而不是減去 n?因為每一種圓形排列都恰好對應 n 種等價的線性排序(每旋轉一格對應一種),所以要把總數 \(n!\) 除以 n,化簡後即為 \((n - 1)!\)。
這個計算器能算項鍊或手鍊的數目嗎?不能。本計算器算的是標準圓形排列 \((n - 1)!\)。會把鏡像也合併計算的項鍊/手鍊數目,當 \(n \ge 3\) 時應使用 \(\frac{(n - 1)!}{2}\)。