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分类加法计数原理与分步乘法计数原理

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年10月9日 (五) 12:11的版本 (补充高中数学计数、随机变量与成对数据分析词条,配原创推导和图示)
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分类加法计数原理与分步乘法计数原理处理两种不同结构:一个结果属于哪一类,或一个结果由哪些步骤共同完成。先说清“一个结果”究竟是什么,再决定相加还是相乘。

分类:互不重叠的结果相加

学校举办一场讲座,入场方式只有纸质票或电子票。若有效纸质票有 18 张、有效电子票有 12 张,且一张票只属于其中一种,则有效票一共 18+12=30 张。把结果集合记为 A、B,条件是 A∩B=∅,结论为 |A∪B|=|A|+|B|。

若同一人可以同时持两种票,而所数对象是“可入场的人”,简单相加会重复数到双票持有人。此时应减去交集,见容斥原理。分类必须互斥,而且合在一起覆盖全部待数结果。

分步:每个完整结果都有一条选择路径

一张校园卡可选 3 种底色,每种底色都可配 2 种字样。完整设计由“底色、字样”一对选择确定,所以有 3⋅2=6 种。记底色集合为 C、字样集合为 D,结果集合就是笛卡尔积 C×D,因而 |C×D|=|C||D|。

乘法要求每个前序选择后,后续可选数都按已说明的规则计算。若红色底只准配白字,另两种底色各可配两种字样,结果不是 3⋅2,而是 1+2+2=5。图中从各底色分别伸出的枝条,就是这五个完整结果;先按底色分类,再在每类内数可用字样。

左侧红、蓝、绿三种底色各自连到右侧字样,红色只有一条连线,蓝色和绿色各有两条,合计五条完整路径
限制使三类分支数分别为 1、2、2;按底色相加得 5。

一般若第一步有 m 种,而且不论第一步选什么第二步均有 n 种,则结果数为 mn。有三步且每步可选数固定为 m1,m2,m3 时为 m1m2m3。若后续选择数依赖前一步,先对第一步的每个分支单独数完,再把互斥分支相加:∑iNi。这是一条由分类和分步共同得到的公式,而不是第三种计数原理。

先定义结果,再检查重复

从 6 人中选一位主持人与一位记录员,且不能兼任。结果是有职务次序的二人组,主持人有 6 种,记录员随后有 5 种,因此共有 6⋅5=30 种。若只选两名不分职务的志愿者,同一个二人组在刚才的 30 种中出现两次,答案应为 15。顺序是否重要将在排列与组合里正式处理。

试算。一份套餐可从米饭、面条中选一种主食。米饭可配 3 种菜,面条只可配其中 2 种。完整套餐数为 3+2=5,不能写成 2⋅3;但若每种主食都能配这 3 种菜,才是 2⋅3=6。两次计算的差别恰在“每个分支是否同样多”。

参考资料