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棋盘多项式

棋盘多项式是组合数学中一种用于解决有限制排列问题的方法理论。

定义

设C为一棋盘,称 为C的棋盘多项式,其中 表示k个棋子布到棋盘C的方案数,要求同一行(列)至多有一个棋子。

原理

n个不同元素的一个全排列可看做n个相同的棋子在的棋盘上的一个布局。布局满足同一行(列)中有且仅有一个棋子。如右图所示的布局对应于排列41352。

可以把棋盘的形状推广到任意形状,对于棋盘C,令 表示k个棋子布到棋盘C上的方案数。下图中给出了几个例子。

则定义为棋盘C的棋盘多项式,假定棋盘C可布n个棋子,但不能超过n个,其中规定。

特性

性质1:设 是棋盘C的某一指定格子所在的行与列都去掉后所得的棋盘;是仅去掉该格子后的棋盘。

则: (1)

与之对应,有: (2)

推导:对于棋盘C某一格子仅有两种可能:一种是该格子上有棋子,另一种即该格子上未放置棋子,由此则可得出公式(1)中的两项。

性质2:如果C由相互分离的,组成,即的任一格子所在的行和列中都没有的格子。

则:此时:

应用

有禁区的排列

设 为 i个棋子布入禁区的方案数,。则有禁区的布子方案数(即禁区内不布棋子的方案数)为

举例

例:1、2、3、4四位工人,A,B,C,D四项任务。1不干B;2不干B、C;3不干C、D;4不干D。问有多少种可行方案?

解:棋盘图案如右图,其中阴影部分表示禁区,

根据棋盘多项式性质,可得阴影部分棋盘多项式为:

根据有禁区排列公式,得:

方案数

参考资料