错排列与圆排列

探索元素自位排斥与圆周旋转同构的离散组合规律

📖 离散组合数学:特殊排列问题

在排列问题中,有些特定的限制条件经常出现,如错位排列和圆周排列。它们在 NOI 计数问题中出现频率极高。

📐 错位排列 (Derangement) 定理

错位排列(简称错排)是指将编号 $1 \to n$ 的元素排列,使得任何一个元素都不在它的初始位置上。记错排数为 $D_n$。其递推公式为:

$D_n = (n - 1)(D_{n-1} + D_{n-2}) \quad (n \ge 3)$

其边界条件为:$D_1 = 0, \; D_2 = 1$。物理推导逻辑为:第 $n$ 个元素可以与前面任一元素 $i$ 对换,分类讨论 $i$ 是否与 $n$ 对调位置。

📐 圆排列 (Circular Permutation) 定理

圆排列是指 $n$ 个不同元素围成一个圆圈的排列方法。因为圆圈旋转后相对位置不变,所以旋转对称的排列属于同一种:

$Q_n = (n - 1)! = \frac{n!}{n}$

这相当于固定其中任意一个元素作为参考系,其余 $n-1$ 个元素进行直线全排列。

点击“随机配对”生成信件分配,观察是否存在信件装对(红色警告)或完全装错(绿色成功)。
元素总数 N 4
错排数 Dn 9
圆排列数 Qn 6
当前状态判定 就绪
📋 运算历史步骤