排列组合的理解

个人观点,欢迎指正。

排列组合的意义

当你在一栋大楼里居住的时候,你会关心楼的层数吗?会关注整栋楼整体的风格吗?
为什么会有排列组合?
提出上面这个问题,在于说明我们设计的各种概念,从某种程度上都是为了满足人类的本性或者需求的。
当我们我们规定了要研究的对象的时候,我们总是希望从整体上把握对象的状态空间。只有这样我们才能够在此基础上对于全局有把握,进而做出更加谨慎的决策。(假如让你去横渡沙漠,不告诉你多少天可以穿过,你便不能确定能否成功或者失败。而若你知道1天能穿过,你可能会大胆前行。若你知道一年也不会穿过,那么你可能会放弃这种方案)
同样,排列组合让你拥有对于一些问题整体的把握。可以说,类似于一种上帝视角注视状态空间的一种方式。

我理解的排列组合的思想

排列组合之所以能够延伸出很多的分支,形成一个领域,我觉得是建立两个关键原理之上的,即加法原理和乘法原理。
加法原理和乘法原理之所以如此重要,是因为他规定了计数的规则,不同事物组合的方式,组合规则。(这两个原理正如化学中的原子一样基础)
在排列组合的概念世界中,有两种基本的信息,元素信息和序信息。
排列与组合针对的对象是不同的。前者针对的对象含有元素信息和序信息,而后者只有元素信息。(没有只有序信息的场景,因为序信息依赖于元素信息而存在)
例子1:站队问题,让5个人站队,有多少种方案?当我提出这个问题的时候,读者应该能够觉察到,序信息在这个问题中很重要,是需要保存的。因为人与人之间的顺序也参与在区分不同方案的因素中。即AB两个同学,AB和BA是不同的,他们含有相同的元素信息,但序信息却是不同的。(书本上将序信息也进行了形式的刻画,此处不再赘述)

例子2:有5个人,从中选出2个人参加竞赛,有多少种选法?分析问题可知,这其中对象是不应该含有序信息的,问题中说选出2个人,而没有说按顺序选出。所以此时AB和BA是等价的,在去除序信息的情况下,元素信息相同,即存在一种映射,使得其能一一按相等匹配。

例子3:从5个人中选出两个排队。结合了排列与组合。针对这个问题进行分阶段处理,先选出2个人(组合),再对两个人排队(排列)。(相当于先不考虑序信息的选出元素,随后再加入序信息)

排列组合与概率

先来说说什么是概率吧。

概率是对随机事件发生的可能性的度量,一般以一个在0到1之间的实数表示一个事件发生的可能性大小。(摘自百度百科)

上面对于概率的解释是十分模糊的,这种解释能够符合我们常规的认识,但是不利于进一步理解,接下来我们从“上帝”视角来看看什么叫做概率

概率的产生规则是依赖于状态空间的,我们可以将概率通俗的写成如下的形式:

P(关注的事件)=关注事件占用空间的数量 / 事件所在状态空间总数

在上面的公式中P表示的就是概率,然后我们发现概率和两个计数相关

  1. 我们关注的事件某些状态的数量。
  2. 时间的状态空间总数。

平民视角与上帝视角。对于第一个计数(分子部分)我们也许能够通过暴力枚举(一个一个的数)得到最终的结果。但是对于第二个计数,我们则不可能一一列举出来,因为这样子便太不符合实际了。这时候我们就需要排列组合给予我们的上帝视角了,排列组合使得你可以在不进行一 一枚举的情况下帮你快速了解状态空间的整体(也就是概率的分母)

PS:

【假设】需要指出的是,这里在我们谈论的概率这里,假设了事件发生是等可能的,所以我们才可以(通过公式)直接建立起计数和概率之间的关系。

【现实的分母】上面提到的概率计算方式是理论上的(在等可能假设下,并且分子、分母都明确的情况下才能计算得出)。而现实是,你可能分子分母的计数一个也得不到,比如说(让你去统计某个时刻车站人数为5的概率,你很难得到理想中的分子与分母),所以这时候我们只能用观察得到的数据来逼近概率(于是也就产生了统计学)

思维方式

组合思维系统思维中也有很好的体现。(都是在尝试用上帝视角观察整体)

思维训练】如果你希望面对一个问题时从整体上宏观把握事物,那么训练一下自己的组合思维还是有必要的,这能让你考虑问题更加全面。比如,当你购买商品凑单的时候,当你确定旅行路线的时候等等。

编辑于 2017-10-31 16:42