求下列排列的逆序数:(1) 41253(2) 3712456(3) 36715284(4) n(n-1)...21
求下列排列的逆序数: (1) 41253 (2) 3712456 (3) 36715284 (4) $n(n-1)\cdots21$
题目解答
答案
我们来逐个求下列排列的逆序数。
所谓逆序数,是指在一个排列中,前面的数比后面的数大,这样的数对的个数。
即:对于排列 $ a_1a_2\cdots a_n $,若 $ i < j $ 但 $ a_i > a_j $,则称 $ (a_i, a_j) $ 是一个逆序对,所有逆序对的总数就是该排列的逆序数。
(1)排列:41253
我们逐个数来计算每个数后面比它小的数的个数。
排列:4, 1, 2, 5, 3
-
第一个数是 4,看它后面的数:1, 2, 5, 3
比4小的有:1, 2, 3 → 共 3 个逆序对:(4,1), (4,2), (4,3) -
第二个数是 1,后面的数:2, 5, 3
比1小的:无 → 0 个 -
第三个数是 2,后面的数:5, 3
比2小的:无 → 0 个 -
第四个数是 5,后面的数:3
比5小的:3 → 1 个逆序对:(5,3) -
第五个数是 3,后面无数 → 0 个
总逆序数:3 + 0 + 0 + 1 + 0 = 4
(2)排列:3712456
排列:3, 7, 1, 2, 4, 5, 6
逐个分析:
-
3,后面:7,1,2,4,5,6
比3小的:1, 2 → 2 个(注意:7,4,5,6 都大于3,不算) -
7,后面:1,2,4,5,6
比7小的:1,2,4,5,6 → 全部都小 → 5 个 -
1,后面:2,4,5,6
比1小的:无 → 0 -
2,后面:4,5,6
比2小的:无 → 0 -
4,后面:5,6
比4小的:无 → 0 -
5,后面:6 → 比5小的:无 → 0
-
6,后面无数 → 0
总逆序数:2 + 5 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 = 7
(3)排列:36715284
排列:3, 6, 7, 1, 5, 2, 8, 4
逐个分析:
-
3,后面:6,7,1,5,2,8,4
比3小的:1, 2 → 2 个 -
6,后面:7,1,5,2,8,4
比6小的:1,5,2,4 → 4 个 -
7,后面:1,5,2,8,4
比7小的:1,5,2,4 → 4 个 -
1,后面:5,2,8,4
比1小的:无 → 0 -
5,后面:2,8,4
比5小的:2,4 → 2 个 -
2,后面:8,4
比2小的:无(4 > 2)→ 0 -
8,后面:4
比8小的:4 → 1 个 -
4,后面无数 → 0
总逆序数:2 + 4 + 4 + 0 + 2 + 0 + 1 + 0 = 13
(4)排列:$ n(n-1)(n-2)\cdots 2\,1 $
这是一个完全逆序排列,即从 $ n $ 递减到 $ 1 $。
我们要求它的逆序数。
在这个排列中,每一个数对 $ (i, j) $,只要 $ i < j $,就有 $ a_i > a_j $,因为是严格递减的。
所以,所有可能的数对都是逆序对。
总共有 $ n $ 个数,从中任取两个不同的位置 $ i < j $,就有一个逆序对。
所以逆序数 = 从 $ n $ 个数中任取两个的组合数 =
$\binom{n}{2} = \frac{n(n-1)}{2}$
答案:$ \boxed{\frac{n(n-1)}{2}} $
最终答案总结:
(1)41253 的逆序数:$ \boxed{4} $
(2)3712456 的逆序数:$ \boxed{7} $
(3)36715284 的逆序数:$ \boxed{13} $
(4)$ n(n-1)\cdots21 $ 的逆序数:$ \boxed{\frac{n(n-1)}{2}} $
解析
逆序数是排列中的重要概念,指排列中前面的数大于后面的数的数对个数。计算时需逐个元素分析其后方比它小的元素个数,最后求和。
- 关键思路:对每个元素,统计其右侧比它小的元素数量,累加所有结果。
- 破题关键:按顺序逐个元素检查,避免重复或遗漏。对于完全逆序排列(如第4题),可直接利用组合数公式简化计算。
(1)排列:41253
逐个元素分析:
- 4:后方有1、2、3(共3个)
- 1:无
- 2:无
- 5:后方有3(共1个)
- 3:无
总逆序数:$3 + 0 + 0 + 1 + 0 = 4$
(2)排列:3712456
逐个元素分析:
- 3:后方有1、2(共2个)
- 7:后方有1、2、4、5、6(共5个)
- 1:无
- 2:无
- 4:无
- 5:无
- 6:无
总逆序数:$2 + 5 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 = 7$
(3)排列:36715284
逐个元素分析:
- 3:后方有1、2(共2个)
- 6:后方有1、5、2、4(共4个)
- 7:后方有1、5、2、4(共4个)
- 1:无
- 5:后方有2、4(共2个)
- 2:无
- 8:后方有4(共1个)
- 4:无
总逆序数:$2 + 4 + 4 + 0 + 2 + 0 + 1 + 0 = 13$
(4)排列:$n(n-1)\cdots21$
完全逆序排列,所有数对均为逆序对。总逆序数为组合数:
$\binom{n}{2} = \frac{n(n-1)}{2}$