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数学公式

数学公式: 可重复组合计算器
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  1. Iterative product form

    Iterative product form: 可重复组合计算器

    Overflow-safe accumulation used by the calculator.

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结果

结果 C^R(n,r)
220
从 n 种类型中选取大小为 r 的多重集
公式 C^R(n,r) = C(n + r - 1, r)
n(类型数) 10
r(抽取数) 3

什么是可重复组合?

可重复组合(英文常称 "multichoose",即多重选择)指的是:从 n 种不同类型中选取 r 个,选取顺序无关紧要,并且允许同一种类型被多次选中时,一共有多少种选法。每一种结果都是一个"多重集"。举个例子:从 3 种口味中挑 2 球冰激凌,允许重复,那么 {香草, 香草}、{香草, 巧克力} 都是合法的选法。

从三种冰淇淋口味中允许重复地挑选球数
可重复组合:从 n 种类型中选 r 个,允许重复,不计顺序。

如何使用本计算器

填入 \(n\)(可供选择的不同对象或类型的数量)和 \(r\)(你想抽取的样本数量)。两者都必须是非负整数。点击"计算",工具就会返回 \(C^R(n,r)\),也就是大小为 \(r\) 的不同多重集的数量。

公式详解

该数量等于二项式系数 \(C(n + r - 1, r)\),展开后为 \(\frac{(n + r - 1)!}{r!\,(n - 1)!}\)。这正是经典的"隔板法"(stars and bars)结论:把 \(r\) 颗相同的星号分配到由 \(n - 1\) 块隔板分隔的 \(n\) 个格子里。

$$C^R(n, r) = \binom{n + r - 1}{r} = \frac{(n + r - 1)!}{r!\,(n - 1)!}$$

为避免阶乘溢出,计算器在 \(i\) 从 1 到 \(r\) 的循环中,每次把当前乘积乘以 \((n - 1 + i)\) 再除以 \(i\)。

$$C^R(n,r) = \prod_{i=1}^{r} \frac{n - 1 + i}{i}$$
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将多重集选择映射为分隔符的隔板法示意图
隔板法:r 个星和 n-1 个隔板给出 (n+r-1 选 r) 公式。

实例演算

取 \(n = 10\)、\(r = 3\):

$$C^R(10,3) = \binom{12}{3} = \frac{12 \times 11 \times 10}{3 \times 2 \times 1} = \frac{1320}{6} = 220$$

也就是说,在允许重复的情况下,从 10 种类型中选取 3 个共有 220 种方案。

常见问题

它和普通组合有什么区别? 普通组合 \(C(n,r)\) 不允许重复;而可重复组合允许同一项被多次选中,因此结果通常会更大。

如果 r = 0 怎么办? "什么都不选"恰好只有一种方式,所以对任意 \(n \geq 1\),都有 \(C^R(n,0) = 1\)。

如果 n = 0 怎么办? 当没有任何可选项且 \(r > 0\) 时,结果为 0;而 \(n = 0\)、\(r = 0\) 这种空情形,按惯例约定结果为 1。

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