题目
求下列排列的逆序数:(1) 4132;(2) 361524;(3) 13...(2n-1)(2n)(2n-2)...2.
求下列排列的逆序数:
(1) 4132;
(2) 361524;
(3) $13\cdots(2n-1)(2n)(2n-2)\cdots2$.
题目解答
答案
(1) 排列 $4132$ 的逆序数:
- $4$ 后有 $1, 3, 2$(3 个逆序)
- $3$ 后有 $2$(1 个逆序)
- 总逆序数:$3 + 1 = 4$
(2) 排列 $361524$ 的逆序数:
- $3$ 后有 $1, 2$(2 个逆序)
- $6$ 后有 $1, 5, 2, 4$(4 个逆序)
- $5$ 后有 $2, 4$(2 个逆序)
- 总逆序数:$2 + 4 + 2 = 8$
(3) 排列 $13\cdots(2n-1)(2n)(2n-2)\cdots2$ 的逆序数:
- 奇数部分递增,无逆序
- 偶数部分递减,逆序数为 $\binom{n}{2} = \frac{n(n-1)}{2}$
- 奇数与偶数间逆序数:$\sum_{k=1}^n (k-1) = \frac{(n-1)n}{2}$
- 总逆序数:$\frac{n(n-1)}{2} + \frac{(n-1)n}{2} = n(n-1)$
答案:
(1) 4
(2) 8
(3) $n(n-1)$(或 $n^2 - n$)
$\boxed{\begin{array}{ccc}\text{(1) 4} \\\text{(2) 8} \\\text{(3) } n(n-1) \\\end{array}}$
解析
本题主要考查排列逆序数的计算。逆序数是指在一个排列中,如果一对数的前后位置与大小顺序相反,即前面的数大于后面的数,那么它们就称为一个逆序,一个排列中逆序的总数就称为这个排列的逆序数。解题思路是依次分析排列中每个数后面比它小的数的个数,然后将这些个数相加,即可得到该排列的逆序数。
(1) 计算排列 $4132$ 的逆序数
- 对于数字 $4$,它后面比它小的数有 $1$、$3$、$2$,共 $3$ 个逆序。
- 对于数字 $3$,它后面比它小的数有 $2$,共 $1$ 个逆序。
- 对于数字 $1$,它后面没有比它小的数,逆序个数为 $0$。
- 对于数字 $2$,它后面没有比它小的数,逆序个数为 $0$。
将所有逆序个数相加,可得总逆序数为 $3 + 1 + 0 + 0 = 4$。
(2) 计算排列 $361524$ 的逆序数
- 对于数字 $3$,它后面比它小的数有 $1$、$2$,共 $2$ 个逆序。
- 对于数字 $6$,它后面比它小的数有 $1$、$5$、$2$、$4$,共 $4$ 个逆序。
- 对于数字 $1$,它后面没有比它小的数,逆序个数为 $0$。
- 对于数字 $5$,它后面比它小的数有 $2$、$4$,共 $2$ 个逆序。
- 对于数字 $2$,它后面没有比它小的数,逆序个数为 $0$。
- 对于数字 $4$,它后面没有比它小的数,逆序个数为 $0$。
将所有逆序个数相加,可得总逆序数为 $2 + 4 + 0 + 2 + 0 + 0 = 8$。
(3) 计算排列 $13\cdots(2n - 1)(2n)(2n - 2)\cdots2$ 的逆序数
- 奇数部分递增,无逆序:排列中奇数部分 $1$、$3$、$\cdots$、$(2n - 1)$ 是递增的,所以这部分的逆序数为 $0$。
- 偶数部分递减,逆序数为 $\binom{n}{2}$:偶数部分 $(2n)$、$(2n - 2)$、$\cdots$、$2$ 是递减的,从 $n$ 个元素中选 $2$ 个元素的组合数为 $\binom{n}{2}$,根据组合数公式 $\binom{n}{2}=\frac{n!}{2!(n - 2)!}=\frac{n(n - 1)}{2}$,所以这部分的逆序数为 $\frac{n(n - 1)}{2}$。
- 奇数与偶数间逆序数:
- 数字 $1$ 后面比它小的偶数个数为 $0$。
- 数字 $3$ 后面比它小的偶数个数为 $1$。
- 数字 $5$ 后面比它小的偶数个数为 $2$。
- $\cdots$
- 数字 $(2n - 1)$ 后面比它小的偶数个数为 $n - 1$。
所以奇数与偶数间的逆序数为 $\sum_{k = 1}^{n}(k - 1)$,根据等差数列求和公式 $S_n=\frac{n(a_1 + a_n)}{2}$(其中 $a_1 = 0$,$a_n = n - 1$),可得 $\sum_{k = 1}^{n}(k - 1)=\frac{(0 + n - 1)n}{2}=\frac{(n - 1)n}{2}$。
- 总逆序数:将上述三部分的逆序数相加,可得总逆序数为 $0 + \frac{n(n - 1)}{2} + \frac{(n - 1)n}{2}=n(n - 1)$。