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容斥原理深度解析

生活 更新时间:2024-11-23 12:36:51

見左圖。左邊的圓是集合A,右邊的圓是集合B。兩個圓相交疊的紅色部分既屬于A也屬于B,兩個圓外面的白色部分既不屬于A也不屬于B,是集合D。元素總數=A的元素數 B的元素數-A∩B的元素數 D的元素數。為什麼要減去交集呢?因為在計入元素總數時,這部分被重複計入了。這是二元容斥原理。二元問題,是先把這兩個集合全包容進來,再把重疊部分排斥出去。有容有斥,這就是容斥原理。

三元容斥就麻煩啰。見右圖,粉色是A與B共有的部分,黃色是B與C共有的部分,橙色是C與A共有的部分。這三塊,都是被多計入了一次。黑色是A、B、C三個集合共有的部分。D是A、B、C以外的部分。元素總數=A的元素數 B的元素數 C的元素數-A∩B的元素數-B∩C的元素數-C∩A的元素數 A∩B∩C的元素數 D的元素數。計算元素總數時,粉色區域、黃色區域、橙色區域都被重複計算了兩次,需要減去,這個與二元容斥相同。黑色區域先在“ A的元素數 B的元素數 C的元素數”時被重複計入了三次,後又在“-A∩B的元素數-B∩C的元素數-C∩A的元素數”被扣去了三次,它等于被無視了,因此我們在最後得把它加上去。這個公式很長很複雜不好記憶,改成一句簡單的話:三集合相加,減去三個二元交集,加上三元交集。三元容斥是先把三個集合全部包容進來,後排斥掉三個集合的兩兩重疊部分,這樣,把三集合的交集也排斥出去了,最後再把這個包容進來。因此,三元容斥是容、斥、容。

容斥原理不僅可用于集合問題,其它數學問題包括幾何問題,都有可能用到。

容斥原理深度解析(容斥原理簡介)1

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