什麼是不重複排列?
不重複排列,是指從 n 個相異元素中選出 r 個並加以排列時,所能產生的不同有序排列總數,且每個元素都不能重複使用。由於這裡「順序」很重要,因此 ABC 與 CBA 會被視為兩種不同的排列分別計算。不重複排列是組合數學的基礎概念之一,廣泛應用於機率、排程安排、密碼強度估算與名次排序等問題。
如何使用本計算機
輸入相異元素的總數 n,以及你想要排列的數量 r,計算機便會立即算出 \(P(n, r)\),也就是有序排列的總數。請注意 \(r\) 必須小於或等於 \(n\);如果 \(r\) 大於 \(n\),結果會是 0,因為你無法挑出比現有數量更多的元素。
公式說明
計算公式為 $$P(n,r) = \frac{\text{n}!}{\left(\text{n} - \text{r}\right)!}$$ 階乘 \(n!\) 代表 1 到 \(n\) 之間所有正整數的連乘積。除以 \((n - r)!\) 可以消去後段的項,只剩下由 \(n\) 開始往下遞減的前 \(r\) 個因數連乘:\(n \times (n - 1) \times \ldots \times (n - r + 1)\)。本計算機直接相乘這 \(r\) 個項,避免計算龐大的階乘,因此能維持結果的精確度。
實例演算
假設有 8 位選手參賽,你想知道金、銀、銅牌(也就是 \(r = 3\)、\(n = 8\))的頒獎台組合共有幾種可能。此時 $$P(8, 3) = 8 \times 7 \times 6 = 336$$ 因此一共有 336 種不同的有序頒獎台結果。
常見問題
這與組合(combination)有什麼不同?組合不在意順序,因此會把 \(P(n, r)\) 再除以 \(r!\)。排列計算的是有序的排列;組合則是計算不論順序的選取方式。
如果 r 等於 n 會怎樣?此時 \(P(n, n) = n!\),也就是把所有元素排成一列的所有排列方式總數。
n 或 r 可以是 0 嗎?可以。\(P(n, 0) = 1\)(什麼都不排只有一種方式),而 \(P(0, 0) = 1\)。