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容斥原理


|A| 表示集合 A基數,那麼立即得到

 |A union B|=|A|+|B|-|A intersection B|,
(1)

其中  union 表示並集,而  intersection 表示交集。更一般的陳述

 | union _(i=1)^NE_i|<=sum_(i=1)^N|E_i|,
(2)

也成立,被稱為布林不等式或 邦弗羅尼不等式 之一。

這個公式可以以下列優美的方式推廣。設 A={A_i}_(i=1)^p 為集合 Sp-系統,由集合 A_1, ..., A_p 組成,則

 |A_1 union A_2 union ... union A_p|=sum_(1<=i<=p)|A_i|-sum_(1<=i_1<i_2<=p)|A_(i_1) intersection A_(i_2)|+sum_(1<=i_1<i_2<i_3<=p)|A_(i_1) intersection A_(i_2) intersection A_(i_3)|-...+(-1)^(p-1)|A_1 intersection A_2 intersection ... intersection A_p|,
(3)

其中求和是對 k-子集 A 進行的。這個公式對於無限集 S 以及有限集都成立(Comtet 1974,第 177 頁)。

尼古拉斯·伯努利使用容斥原理來解決重合問題,即尋找錯位排列的數量(Bhatnagar 1995,第 8 頁)。

例如,對於三個子集 A_1={2,3,7,9,10}, A_2={1,2,3,9}, 和 A_3={2,4,9,10},其中 S={1,2,...,10},下表總結了出現在總和中的項。

#集合長度
1A_1{2, 3, 7, 9, 10}5
A_2{1, 2, 3, 9}4
A_3{2, 4, 9, 10}4
2A_1 intersection A_2{2, 3, 9}3
A_1 intersection A_3{2, 9, 10}3
A_2 intersection A_3{2, 9}2
3A_1 intersection A_2 intersection A_3{2, 9}2

|A_1 union A_2 union A_3| 因此等於 (5+4+4)-(3+3+2)+2=7,對應於七個元素 A_1 union A_2 union A_3={1,2,3,4,7,9,10}


參見

貝葉斯定理, 邦弗羅尼不等式

使用 探索

參考文獻

Andrews, G. E. 數論. Philadelphia, PA: Saunders, pp. 139-140, 1971.Andrews, G. E. q-級數:它們在分析、數論、組合數學、物理學和計算機代數中的發展和應用. Providence, RI: Amer. Math. Soc., p. 60, 1986.Bhatnagar, G. 逆關係、廣義雙基級數及其 U(n) 擴充套件. Ph.D. thesis. Ohio State University, 1995.Comtet, L. 高階組合學:有限與無限展開的藝術,修訂增補版. Dordrecht, Netherlands: Reidel, pp. 176-177, 1974.da Silva. "Proprietades geraes." J. de l'Ecole Polytechnique, cah. 30.de Quesada, C. A. "Daniel Augusto da Silva e la theoria delle congruenze binomie." Ann. Sci. Acad. Polytech. Porto, Coīmbra 4, 166-192, 1909.Dohmen, K. 改進的邦弗羅尼不等式及其應用:容斥型別的 不等式和恆等式. Berlin: Springer-Verlag, 2003.Havil, J. 伽瑪:探索尤拉常數. Princeton, NJ: Princeton University Press, p. 66, 2003.Knuth, D. E. 計算機程式設計藝術,第 1 卷:基本演算法,第 3 版. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 178-179, 1997.Sylvester, J. "Note sur la théorème de Legendre." Comptes Rendus Acad. Sci. Paris 96, 463-465, 1883.

在 中被引用

容斥原理

請引用為

Weisstein, Eric W. "容斥原理。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Inclusion-ExclusionPrinciple.html

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