Систематический перебор
Перечисляем варианты без пропусков и повторов, проверяя роль порядка и возвращения.
Чему научимся
Метод надёжен для небольших комбинаторных и вероятностных моделей, помогает увидеть роль порядка и возвращения и служит проверкой перед применением готовой формулы.
Главная идея. Систематический перебор — это перечисление по заранее выбранному правилу, при котором каждый допустимый вариант появляется ровно один раз. Таблица или дерево делают полноту списка проверяемой.
План рассуждения и проверка понимания
- Уточните ограничения: важен ли порядок, разрешены ли повторы, может ли первая позиция быть нулём и возвращается ли выбранный объект.
- Зафиксируйте первый элемент и перечислите все допустимые продолжения в одном порядке, затем переходите к следующему первому элементу.
- Разместите варианты в таблице или дереве так, чтобы разные ветви не пересекались и вместе покрывали все случаи.
- Проверьте число листьев правилом суммы или произведения, но отдельно обоснуйте равновозможность, если ищется вероятность.
Частая ошибка. Перечислять варианты по памяти и случайно пропустить 20 или дважды записать одну пару в противоположном порядке, не определив, различаются ли эти записи.
Как проверить себя. Используйте стабильный порядок по первому элементу и заранее решите, является ли АБ тем же результатом, что БА; тогда дубликаты видны сразу.
Наглядная модель: Систематический перебор
Перечисляем варианты без пропусков и повторов, проверяя роль порядка и возвращения.
- Систематический перебор → перебор
- Систематический перебор → варианты
- Систематический перебор → порядок
- Систематический перебор → таблица вариантов
- Систематический перебор → дерево
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами
Перечислите двузначные числа из 0, 1, 2 без повторений и объясните, почему список 10, 12, 20, 21 полон и не содержит лишних записей.
В хорошем объяснении есть:
- Первой цифрой последовательно выбраны 1 и 2, потому что ведущий ноль запрещён.
- Для каждого десятка перебраны две оставшиеся цифры, а повтор той же цифры исключён.
Перебор — это правило записи
Систематический перебор означает, что варианты перечисляются по заранее выбранному правилу. Мы хотим получить каждый допустимый вариант ровно один раз. Просто вспоминать подходящие примеры недостаточно: такой список трудно проверить на полноту.
Удобное правило — сначала зафиксировать первый элемент и перебрать все допустимые продолжения, затем перейти к следующему первому элементу. Другие формы того же приёма — таблица вариантов и дерево, где каждый путь от начала до конца задаёт один результат.
Различаем похожие задачи
Для двух мест и букв А, Б, В с повторениями список начинается АА, АБ, АВ, затем БА, ББ, БВ, затем ВА, ВБ, ВВ. Получаем последовательностей. Если повторять буквы нельзя, остаётся шесть.
Если из трёх человек выбирают капитана и помощника, роли различаются: АБ и БА — разные назначения. Если выбирают пару дежурных с одинаковыми ролями, это одна и та же пара. В первом случае вариантов шесть, во втором — три.
Правило умножения работает, когда число продолжений одинаково для каждого первого выбора. Если из одной вершины дерева выходят две ветви, а из другой три, общее число конечных путей . Нельзя заменить это дерево произведением .
Как проверять полноту
Группы вариантов должны не пересекаться и вместе покрывать все допустимые случаи. Например, двузначные числа группируем по десяткам: число не попадёт сразу в две группы. Внутри группы упорядочиваем единицы. В конце проверяем ограничения: может ли первая цифра быть нулём, можно ли повторять элементы, важен ли порядок.
В вероятности полный список особенно полезен для маленьких моделей. Но количество вариантов ещё не доказывает равенства их вероятностей: это отдельное условие случайного эксперимента.
Три примера
- Есть две футболки и три пары брюк; любая футболка подходит к любой паре. Комплектов .
- Из цифр , , составляют двузначные числа без повторений. Десяток не может быть нулём. Список: , , , — четыре числа.
- Из А, Б, В выбирают пару без ролей. Упорядоченных записей шесть: АБ, АВ, БА, БВ, ВА, ВБ. Каждая пара записана дважды, поэтому различных пар .
Формула, смысл и ограничения
Главные формулы с расшифровкой
Формула словами: Если после каждого из a первых вариантов доступны ровно b вторых, последовательностей a·b.
Формула словами: Число упорядоченных пар разных элементов из набора из n элементов, n ≥ 2.
От формулы к наблюдению
Попробуйте самостоятельно
Измените параметры и сопоставьте расчёт с результатами случайного эксперимента.
От простого к сложному
Проверьте себя
Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.
Открываем задание…
Открываем задание…
Открываем задание…
Что пригодится
Источники и соглашения
Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.