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輸入計算

數學公式

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  1. Combinations (nCr)

    Combinations (nCr): 排列與組合計算機

    Number of unordered selections of r items chosen from n

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結果

排列數(nPr)— 順序有差
60
ways to arrange 3 of 5
組合數(nCr)— 不計順序 10
物件總數(n) 5
選取數量(r) 3

這個計算機能做什麼

這個工具可計算組合數學中兩個最基本的量:排列數(nPr)組合數(nCr)。你只要輸入物件總數 n,以及想要選取或排列的數量 r,計算機就會分別告訴你各有幾種可能的結果。簡單來說,排列計算的是「順序有差」的排序方式,而組合計算的則是「順序無關」的選取方式。

使用方法

先輸入物件總數(n),再輸入要選取的數量(r),結果就會立即顯示。上方主要欄位顯示排列數,下方表格則顯示組合數。請注意,\(r\) 必須小於或等於 \(n\);如果 \(r\) 大於 \(n\),代表沒有任何選法,結果會是 \(0\)。

公式解析

這兩個公式都建立在階乘的基礎上,其中 \(n! = n \times (n-1) \times \ldots \times 2 \times 1\),且 \(0! = 1\)。排列公式 $$P(n,r) = \frac{n!}{(n-r)!}$$ 把那些沒被選到的物件的排序方式除掉。組合公式 $$C(n,r) = \frac{n!}{r!\,(n-r)!}$$ 則再多除以 \(r!\),用來去掉所選物件的重複排序,因為在組合中順序不重要。

對比三個彩色物件排列與組合的圖示
排列計算有序的排列方式,組合計算無序的選取方式。

實例演練

假設你有 5 本書,想知道擺進書架上 3 個位置共有幾種方式。若考慮順序(排列):$$\frac{5!}{(5-3)!} = \frac{120}{2} = 60$$ 種有序排法。若只在意挑出哪 3 本書、不管順序(組合):$$\frac{5!}{3!\cdot 2!} = \frac{120}{6\cdot 2} = 10$$ 種選法。

常見問題

什麼時候該用排列、什麼時候該用組合?當順序有意義時用排列(例如密碼、賽跑名次、座位安排);當順序不重要時用組合(例如樂透選號、委員會成員、選配料)。

為什麼 nCr 一定小於或等於 nPr?因為每一種組合都對應到 \(r!\) 種排列,所以組合數就是排列數再除以 \(r!\)。

n 很大時會怎樣?階乘的成長速度極快。本計算機大約可處理到 \(n = 170\),超過之後就會超出標準雙精度浮點數的範圍。

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