Na ile sposobów - liczby Stirlinga

Permutacje. Kombinacje. Wariacje. Rozmieszczanie kul w urnach. Silnie i symbole Newtona. Przeliczanie zbiorów. Funkcje tworzące. Teoria grafów.
schleswig
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 124
Rejestracja: 13 mar 2011, o 18:48
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Kraków
Podziękował: 48 razy
Pomógł: 10 razy

Na ile sposobów - liczby Stirlinga

Post autor: schleswig »

Witajcie!

Mam takie zadanie, z którymi nie do końca wiem, co zrobić.
W znalezionym rano pudełku od św. Mikołaja były czekoladki o 6 smakach (po 20 sztuk każdego). Kubuś zamierza zjadać jedną czekoladkę co godzinę przez 14 godzin (potem mama każe mu iść spać), ale koniecznie tak, by spróbować wszystkich smaków. Na ile różnych sposobów (kolejność zjadania jest istotna) moze to zrobić?
Czekoladki danego rodzaju między sobą są nierozróżnialne. Wobec tego mamy 14-elementowy ciąg (kolejność zjadania ma znaczenie) do obsadzenia czekoladkami tak, żeby z każdego rodzaju wystąpiła przynajmniej jedna.

Tutaj można zauważyć, że wystarczy wyznaczyć \(\displaystyle{ S(14, 6)}\), gdzie \(\displaystyle{ S}\) oznacza liczbę Stirlinga 2. rodzaju (liczbę k niepustych podzbiorów zbioru n-elementowego). Dostaniemy więc 6 zbiorów, których moc należy traktować jako liczbę wziętych czekoladek danego rodzaju.

Powiedzmy, że mamy wygenerowaną konfigurację czekoladek:

\(\displaystyle{ x_1, x_1, x_1, x_1, x_2, x_2, x_3, x_3, x_4, x_5, x_6, x_6, x_6, x_6}\)

Należałoby teraz zapewnić, że pod każdy indeks trafiają wszystkie możliwe rodzaje czekoladek, czyli przemnażamy wynik przez \(\displaystyle{ 6!}\).

Ale jak w takim razie policzyć to, że zmiana kolejności czekoladek generuje kolejny przypadek, skoro liczba wystąpień danego rodzaju czekoladek może się zmieniać?

Z góry dzięki za pomoc.
Awatar użytkownika
arek1357
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 5748
Rejestracja: 6 gru 2006, o 09:18
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: blisko
Podziękował: 131 razy
Pomógł: 526 razy

Na ile sposobów - liczby Stirlinga

Post autor: arek1357 »

Każdej z ośmiu godzin pozostałych można przyporządkować dokładnie jeden z sześciu dowolnych smaków co da:

\(\displaystyle{ 6^8}\) - możliwości czyli razem będzie:


\(\displaystyle{ {14 \choose 6} \cdot 6! \cdot 6^8}\)

Bo najpierw wybieramy z czternastu godzin sześć godzin w których na pewno zje wszystkie smaki na sześć silnia sposobów!

Widzę że na forum królują liczby stirlinga nawet ja się dałem nabrać!
schleswig
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 124
Rejestracja: 13 mar 2011, o 18:48
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Kraków
Podziękował: 48 razy
Pomógł: 10 razy

Na ile sposobów - liczby Stirlinga

Post autor: schleswig »

Ale to sprawia, że zliczamy niektóre możliwości podwójnie lub nawet więcej razy.

Dla przykładu:

\(\displaystyle{ \underline{1}, \underline{2}, \underline{3}, \underline{4}, \underline{5}, \underline{6}, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 4}\)

Niech pokreślone oznaczają czekoladki, które wybieramy, jako koniecznych reprezentantów, żeby dany rodzaj został zjedzony przynajmniej raz.

Konfiguracja taka sama jak:

\(\displaystyle{ 1, \underline{2}, \underline{3}, \underline{4}, \underline{5}, \underline{6}, \underline{1}, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 4}\)

Ale liczymy je podwójnie.
Awatar użytkownika
arek1357
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 5748
Rejestracja: 6 gru 2006, o 09:18
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: blisko
Podziękował: 131 razy
Pomógł: 526 razy

Na ile sposobów - liczby Stirlinga

Post autor: arek1357 »

Tak w sumie masz rację tego nie wziąłem pod uwagę

Mam inny pomysł niepotrzebnie dzieliłem na to co musi zjeść i na to co może zjeść weźmy globalnie:

\(\displaystyle{ i - x_{i} , 0 < x_{i} , i=1,2,3,4,5,6}\)

znaczy to, że:

\(\displaystyle{ i}\) - oznacza rodzaj smaku a \(\displaystyle{ x_{i}}\) ile razy ten smak wystąpi w czasie czternastu godzin i zakładam, że każdy smak ma wystąpić więcej niż zero razy bo wtedy będziemy mieć pewność, że zje każdy rodzaj czekolady

Doprowadzi nas to do równania w całkowitych większych od zera:

\(\displaystyle{ x_{1}+ x_{2}+ x_{3}+ x_{4}+ x_{5}+ x_{6}=14}\)

I teraz z każdego rozkładu sumujemy permutacje z powtórzeniami

Bo nie tylko ile smaków jakiego rodzaju mamy ale te smaki mogą się permutować
w zależności od godziny w której jemy daną czekoladę.

coś takiego:

(*) \(\displaystyle{ \sum_{x_{1}+ x_{2}+ x_{3}+ x_{4}+ x_{5}+ x_{6}=14 , x_{i}>0}^{} \frac{14!}{x_{1}! x_{2}! x_{3}! x_{4}! x_{5}! x_{6}!}}\)


Liczby stirlinga nie rozróżniałyby tych czternastu godzin

Pytanie czy można bardziej tę sumę zwinąć


No tak znalazłem mogło być szybciej to są suriekcje przecież. Zbioru godzin na smaki czekolad.
Jakąś zaćmę miałem i myślałem przy tym zadaniu na odwrót i dlatego nie chciało wyjść.
Na siłę przyporządkowywałem godzinom smaki a nie smakom godziny.


(**) \(\displaystyle{ \sum_{i=1}^{6}(-1)^{6-i} {6 \choose i}i^{14}}\)

Na mniejszych liczbach sprawdziłem dla \(\displaystyle{ 4}\) - godzin i trzech smaków liczyłem na piechotę
oraz ze wzoru i działa!

Np:
Literki to smaki a miejsca to godziny:

\(\displaystyle{ a,b,c,a}\) - permutacji \(\displaystyle{ 12}\)

\(\displaystyle{ a,b,c,b}\) - permutacji \(\displaystyle{ 12}\)

\(\displaystyle{ a,b,c,c}\) - permutacji \(\displaystyle{ 12}\)

razem daje \(\displaystyle{ 36}\) - możliwości

teraz ze wzoru:

smaków - \(\displaystyle{ n=3}\)

godzin - \(\displaystyle{ m=4}\)

\(\displaystyle{ \sum_{i=1}^{3}(-1)^{3-i} {3 \choose i}i^4=3-3 \cdot 2^4+3^4=36}\)

Jasne jest że zachodzi równość między (*) a (**)
ODPOWIEDZ