循环排列(circular permutation)亦称圆排列、环排列等。是
排列的一种,指m个数中选n个个不同的元素排列成一个环形,既无头也无尾。两个循环排列相同当且仅当所取元素的个数相同并且元素取法一致,在环上的排列顺序一致。
简介
几个图形按一定的规律不断重复变化地排列,我们叫这种排列为循环排列规律,如1,2,3,
1、从1开始,然后顺延,123;
2、从2开始,然后顺延,231;
3、从3开始,然后顺延,312。
在日常生活中和实际应用中,有时需要将元素排在封闭的曲线上。例如,庆祝节日将彩色电灯排成一个五角星形或一个圆环形;展览会展出的商品中,有用钻石穿成的项圈和臂镯;开展文娱活动时,往往围成一个圆环形进行演唱;成品加工时,有的工序安排一个圆环形,进行流水操作,像这样元素环绕在一条封闭曲线上的排列,叫做循环排列。
如果五角星形的五个顶点,固定为V1,V2,V3,V4,V5,或者如图1的圆周上编定n个不同位置的号码为1,2,…,n,这样,从m个相异元素里选出五个元素排在五角星形的五个顶点上,或者选出n个元素排在这圆周上,这与直线排列实无区别。但是循环排列,一般是不固定每个位置的号码的,在这种情况下,它与直线排列就有所不同了。
例如,将a,b,c,d,e五个元素排列在圆周上,确定其中的一种,然后将各元素依顺时针(或逆时针)方向绕圆周转动一个位置,连续转动四次(转动五次就恢复到原来的位置),如图2所示。连同开始的一种共得五种,在这五种排列里,元素所占的位置虽然有所改变,但元素之间的相对顺序依旧未变。从a开始按顺时针方向都是abcde,所以在循环排列里,这五种排列只能算作一种排列。设想在上面五个图中的同一个方向上,如从左往右,第一个图的e与a之间,第二个图的d与e之间,第三个图的c与d间,第四个图的b与c间,第五个图的a与b间,把各圆周剪断,并将圆周拉成直线,则成五种不同的直线排列,它们是abcde,eabcd,deabc,cdeab,bcdea。可知五个元素的一种循环排列,对应着五种直线排列。反之,将这五种直线排列,再弯回成圆周,则又变成一种循环排列。理由很简单,循环排列没有首末之分,这五个元素随便从哪一个元素开始,绕一个方向转过去,都不改变它们的相对顺序;直线排列则首末分明,原来排末位,调换排首位,已改变它们的相对顺序。循环排列与直线
排列的主要区别就在这一点上。
计算公式
从上文例子可以知道,五个元素的循环全排列中的一种,变成直线排列则有5种,设循环排列有x种,则直线排列有5x种,但五个元素的直线全排列有5!种,所以得到
显然,推广到m个相异元素,它的循环全排列的种数(设为x),仍可仿此得到,即
我们知道,从m个相异元素里,选出n个元素的直线排列的种数是,这个等式的右边表明可以先按组合选出n个元素,然后再将选出的n个元素进行
全排列,这样,从m个元素里选出n个元素的循环排列,也可以按组合选出n个元素,然后将选出的n个元素进行循环全排列。设它的全排列种数为x,因为n个元素的循环全排列种数为(n-1)!,所以得到
在直线排列里,abcd与dcba是两种不同的排列,这是作为平面问题来处理的。如图3,半平面P按轴 l 翻转180°,落在半平面Q的位置,这时abcd称为dcba,就是说,如果不考虑元素从左到右与从右到左的方向,这两种排列只能算一种排列。因为在生产实践中很少遇到这种情况,所以我们没有这样处理直线排列问题。
在循环排列里,图4是两种不同的排列,这也是作为平面问题来处理的。如果作为空间问题来处理,则圆面P按轴 l 翻转180°,落在圆面Q的位置,这时abcd成为adcb,就是说,如果不考虑元素按顺时针的方向与按逆时针的方向,这两种排列只能算一种排列。在生产实践中要碰到这种情况。例如,圆形零件上均匀分布形式不一的小孔,就属这种问题,遇到这种情况,使用公式计算式,需要再除以2,即四个相异元素不计顺、逆时针方向的循环排列种数为
一般的,m个相异元素的循环全排列、m个相异元素里每次取出n个元素的循环排列,在不计顺、逆时针方向时,它们的排列种数(设为x)分别是