【基本计数原理】是概率论与组合数学中的基础概念,用于解决计数问题,主要包含两种原理:分类计数原理(加法原理)和分步计数原理(乘法原理)。
**分类计数原理**是处理一类事件中多个独立选项的问题。当完成一件事有n个互不相交的类别,每种类别有各自的方法数m1, m2, ..., mn,且每一类都能单独完成该事件时,完成这件事的方法总数是各类方法数之和。用公式表示为N = m1 + m2 + ... + mn。例如,从甲地到乙地,可以选择火车或汽车,火车3班,汽车2班,那么共有5种不同的走法(3 + 2 = 5)。
**分步计数原理**适用于需要按顺序执行多个步骤来完成一件事的情况。如果完成一件事需要n个步骤,每一步有mi种不同的方法,且每一步都依赖于前一步,只有所有步骤都完成后才算完成,那么总的方法数是各步方法数的乘积。公式为N = m1 × m2 × ... × mn。例如,从A村经B村到C村,A到B有3条路,B到C有2条路,那么共有6种不同的走法(3 × 2 = 6)。
**两者的相同点与不同点**:
- 相同点:都是用来计算完成一件事的不同方法数。
- 不同点:分类计数原理中,每一类办法都能独立完成事件,方法数相加;而分步计数原理中,各步骤相互依存,必须按顺序完成,方法数相乘。
**何时使用哪种计数原理**:
- 分类加法计数原理:当完成事件有多种互斥的选择时,每一种选择都能单独达成目标。
- 分步乘法计数原理:当完成事件需要按照一定的顺序执行一系列步骤,每一步都影响最终结果时。
**解决计数问题的思维步骤**:
1. 明确要完成的任务是什么。
2. 分析如何完成任务,是否需要分类或分步。
3. 如果是分类,确保不重复、不遗漏地列出所有类别。
4. 如果是分步,计算每一步的方法数,然后相乘得到总数。
通过例题,我们可以更深入地理解这两个原理。例如,取球问题中,从两个袋子中取球可以看作是分类,因为每种颜色的球可以独立被取出;挂画问题则是分步问题,因为挂画需要先选左墙的画,再选右墙的画,两步都需完成才能算挂好画。书架取书问题中,第一问是分类,因为取任何一本都可以独立完成;第二问是分步,因为需要按数学、语文、英语的顺序选取。