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輸入計算

數學公式

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結果

H(30, 34) — combinations with repetition at r = 34
759510004936100355
multisets of 34 chosen from 30 distinct items
r 可重複組合 H(n, r)
0 1
1 30
2 465
3 4960
4 40920
5 278256
6 1623160
7 8347680
8 38608020
9 163011640
10 635745396
11 2311801440
12 7898654920
13 25518731280
14 78378960360
15 229911617056
16 646626422970
17 1749695026860
18 4568648125690
19 11541847896480
20 28277527346376
21 67327446062800
22 156077261327400
23 352870329957600
24 779255311989700
25 1683191473897752
26 3560597348629860
27 7384942649010080
28 15033633249770520
29 30067266499541040
30 59132290782430712
31 114449595062769120
32 218169540588403635
33 409894288378212890
34 759510004936100355

這個計算器能做什麼

這個工具會為你建立一張可重複組合(也稱為多重集係數)的表格。給定 \(n\) 種不同的物品類型,當每種物品都可以被選取任意多次時,它會計算出共有多少種大小為 \(r\) 的「不計順序」選法——而且會針對從起始值到結束值之間的每一個整數 \(r\) 逐一列出。此函數寫作 \(H(n, r)\),其值等於二項式係數 \(C(n + r - 1, r)\)。

使用方式

先輸入不同物品的數量 \(n\)(至少為 1),接著輸入 \(r\) 的起始值與結束值。計算器會為每一個 \(r\) 輸出一列,列出該情況下的精確數值 \(H(n, r)\)。由於這些數字成長得極為快速,引擎採用精確的大整數運算,因此即使是規模龐大的表格也能維持完全準確。

公式解析

經典的「隔板法(stars and bars)」告訴我們:從 \(n\) 種類型中可重複地選出 \(r\) 個物品,等同於把 \(r\) 顆相同的星號放進由 \(n - 1\) 條隔板分隔出的 \(n\) 個格子裡。這 \(n + r - 1\) 個符號的排列方式共有 \(C(n + r - 1, r)\) 種。 $$\overline{C}(n, r) = \binom{n + r - 1}{r} = \frac{(n + r - 1)!}{r!\,(n - 1)!}$$ 有兩個特例值得注意:\(H(n, 0) = 1\)(空集合的選法),以及 \(H(1, r) = 1\)(只有一種多重集,即把唯一的物品取 r 份)。

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星號與隔板示意圖,用隔板將星號分成各組以表示可重複的組合
隔板法模型:r 個星號和 n-1 個隔板給出 C(n+r-1, r) 種排列。
示意圖展示從 3 個不同元素 a、b、c 中允許重複地選取大小為 2 的多重集
從 n 種不同類型中選取 r 個元素,同一類型可重複選取。

實例演算

以 \(n = 5\)、\(r\) 從 0 到 4 為例:\(H(5,0) = C(4,0) = 1\),\(H(5,1) = C(5,1) = 5\),\(H(5,2) = C(6,2) = 15\),\(H(5,3) = C(7,3) = 35\),\(H(5,4) = C(8,4) = 70\)。因此表格內容為 1、5、15、35、70。再驗算一個: $$H(30,4) = C(33,4) = \frac{33 \cdot 32 \cdot 31 \cdot 30}{24} = 40920$$

常見問題

這跟一般的組合有什麼不同?一般組合 \(C(n, r)\) 不允許重複;在這裡,每種物品類型都可以被選取多次,這正是公式的下標變成 \(n + r - 1\) 的原因。

順序重要嗎?不重要。{A, A, B} 與 {B, A, A} 算同一種選法。如果順序有差別,你應該改用可重複排列(\(n^r\))。

為什麼數值會變得這麼大?多重集係數大致以 \(r\) 的 \(n - 1\) 次多項式速度成長,所以只要 \(n\) 或 \(r\) 稍大,就會產生天文數字般的整數——本工具以精確運算妥善處理這類情況。

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