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輸入計算

數學公式

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結果

項鍊排列數表
28
rows for n = 3 to 30
n(物件數量) 項鍊排列數
3 1
4 3
5 12
6 60
7 360
8 2520
9 20160
10 181440
11 1814400
12 19958400
13 239500800
14 3113510400
15 43589145600
16 653837184000
17 10461394944000
18 177843714048000
19 3201186852864000
20 60822550204416000
21 1216451004088320000
22 25545471085854720000
23 562000363888803840000
24 12926008369442488320000
25 310224200866619719680000
26 7755605021665492992000000
27 201645730563302817792000000
28 5444434725209176080384000000
29 152444172305856930250752000000
30 4420880996869850977271808000000

什麼是項鍊排列?

項鍊排列(日文稱「数珠順列」,又譯念珠排列)計算的是:把 \(n\) 個相異物件排成一個圓圈時,有多少種「本質上不同」的排法。只要其中一種排法可以透過旋轉圓圈,或是把整條項鍊翻面(鏡像反射)變成另一種,就視為同一種。這一點和「圓排列」(日文「円順列」)不同——圓排列只把旋轉視為相同,並不考慮翻面。這是普遍適用的組合數學結果,公式在任何地方都一樣,與國家或地區無關。

珠子排成圓圈組成項鍊,並標有旋轉與反射對稱箭頭
項鍊排列:不同珠子的環形排列,在旋轉與反射意義下計數。

如何使用本計算器

輸入 \(n\) 的起始值與結束值(皆介於 1 到 100 之間),再選擇顯示精度(有效位數),工具就會針對範圍內的每個整數 \(n\) 各列出一列,並顯示對應的項鍊排列數。由於數值會以階乘速度急遽成長,較大的結果會以科學記號表示,並依你選定的有效位數四捨五入;能夠完整呈現的數值則會原樣列出。

公式解析

先從 \(n\) 個相異物件的所有 \(n!\) 種「直線排列」出發。把它們排成圓圈後,任一排法的 \(n\) 種旋轉結果都相同,因此除以 \(n\),得到圓排列數: $$N(n) = \frac{n!}{n} = (n-1)!$$ 而項鍊還可以翻面,使每一種排法都與其鏡像配成一對,因此再除以 2,得到項鍊排列數 $$N(n) = \frac{(n-1)!}{2}, \quad n = \text{Start } n \;\ldots\; \text{End } n$$ 當 \(n = 1\) 或 \(n = 2\) 時,這個算式不會是整數,所以依慣例規定各為 1 種排法。

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展示同一珠子排列的等價旋轉與反射並歸為一組的示意圖
每個唯一的項鍊代表 \(2n\) 種等價的線性排列——\(n\) 次旋轉乘以 2(反射)。

實際範例

以 \(n = 3\) 到 \(8\) 為例: $$n=3 \Rightarrow \frac{(3-1)!}{2} = \frac{2}{2} = 1$$ $$n=4 \Rightarrow \frac{6}{2} = 3$$ $$n=5 \Rightarrow \frac{24}{2} = 12$$ $$n=6 \Rightarrow \frac{120}{2} = 60$$ $$n=7 \Rightarrow \frac{720}{2} = 360$$ $$n=8 \Rightarrow \frac{5040}{2} = 2520$$ 在預設範圍的上限處,\(n=30\) 為 $$\frac{29!}{2} = 4{,}420{,}880{,}996{,}869{,}850{,}977{,}271{,}808{,}000{,}000 \approx 4.42 \times 10^{30}$$

常見問題

為什麼要除以 2?這個 2 是用來消除翻面(鏡像)的對稱性:項鍊翻面後看起來一模一樣,因此同一個循環順序的「順時針」與「逆時針」版本只算一次。

為什麼 n=1 與 n=2 是特例?一般公式對這兩者都會算出 \(0.5\),而 \(0.5\) 不是合理的排法數;從幾何上看,一個或兩個物件都只有一種排法,所以我們將結果記為 1。

它和圓排列有什麼差別?圓排列只把旋轉視為相同,其值為 \((n-1)!\);項鍊排列則進一步允許翻面(鏡像),當 \(n \geq 3\) 時其值為 \(\dfrac{(n-1)!}{2}\)。

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