什么是圆排列?
圆排列指的是把 n 个不同的物体围成一圈时,所有互不相同的排列方式数量——前提是只要通过旋转能够重合的排列都视为同一种。与一排(直线排列)不同,圆环没有固定的起点,因此把每个人整体往左挪一个位置后,得到的仍然是同一种排列。本计算器采用任意精度运算,直接给出精确结果 \((n - 1)!\),即使 n 很大,结果也依然准确无误。
如何使用本计算器
输入不同物体的数量 n(正整数,\(n \ge 1\)),即可读取对应的圆排列数。举例来说,n 个人围着圆桌就座的方式数,或者把 n 颗不同的珠子按固定方向串成一圈的方式数,都等于 \((n - 1)!\)。
公式详解
n 个不同物体的直线排列数为 \(n!\)。而在圆环上,每一种独特的排列都可以旋转出 n 个不同却等价的位置(对应 n 个可能的起始物体)。把直线排列数除以这 n 种旋转,便得到:
$$\frac{n!}{n} = (n - 1)!$$
请注意:这是标准的圆排列,它不把镜像反射(顺时针与逆时针)视为同一种。如果连镜像也算相同——比如一条可以翻面的项链或手链——那么当 \(n \ge 3\) 时,方案数就是 \(\frac{(n - 1)!}{2}\)。
实例演算
当 n = 5 时:$$(5 - 1)! = 4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24$$ 也就是说,五个不同的人围圆桌就座,在旋转视为相同的前提下,共有 24 种不同的坐法。
常见问题
n = 1 或 n = 2 时结果是多少? 当 n = 1 时,\((1 - 1)! = 0! = 1\);当 n = 2 时,\((2 - 1)! = 1! = 1\)——两个物体围成一圈,在旋转等价的意义下只有一种排列。
为什么是除以 n,而不是减去 n? 因为每一种圆排列恰好对应 n 种等价的直线排列(每个旋转对应一种),所以要把总数 \(n!\) 除以 n,化简后即为 \((n - 1)!\)。
这能用来计算项链或手链的数量吗? 不能。本计算器算的是标准圆排列 \((n - 1)!\)。如果是项链/手链这类还要把镜像合并的情形,当 \(n \ge 3\) 时应使用 \(\frac{(n - 1)!}{2}\)。