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组合锁


考虑一个组合锁,它由 n 个按钮组成,这些按钮可以以任意组合方式按下(包括一次按下多个按钮),但方式要使得每个数字恰好被按下一次。那么,具有 n 个按钮的可能的组合锁的数量 a_n列表(即,有序集合)的数量给出,这些列表由 不相交非空 子集 组成,这些子集来自 集合 {1,2,...,n},并且每个数字恰好包含一次。例如,有两个按钮的组合锁有三种可能的组合:{{1,2}}{{1},{2}}{{2},{1}}。类似地,有 13 种可能的三按钮组合锁:{{1,2,3}}{{1},{2,3}}{{2},{1,3}}{{3},{1,2}}{{1,2},{3}}{{1,3},{2}}{{2,3},{1}}{{1},{2},{3}}{{1},{3},{2}}{{2},{1},{3}}{{2},{3},{1}}{{3},{1},{2}}{{3},{2},{1}}

a_n 满足 线性递推方程

 a_n=sum_(i=0)^(n-1)(n; n-i)a_i,
(1)

其中 a_0=1。这也可以写成

a_n=(d^n)/(dx^n)(1/(2-e^x))|_(x=0)
(2)
=1/2sum_(k=0)^(infty)(k^n)/(2^k),
(3)

其中使用了定义 0^0=1。此外,

a_n=sum_(k=1)^(n)<n; k-1>2^(n-k)
(4)
=sum_(k=1)^(n)<n; k-1>2^(k-1),
(5)

其中 <n; k>欧拉数。根据 第二类斯特林数 S(n,k)

 a_n=sum_(k=1)^nk!S(n,k).
(6)

a_n 也可以用闭合形式给出:

 a_n=1/2Li_(-n)(1/2),
(7)

其中 Li_n(z)多重对数函数a_n 的前几个值,对于 n=1, 2, ... 是 1, 3, 13, 75, 541, 4683, 47293, 545835, 7087261, 102247563, ... (OEIS A000670)。

数量

 b_n=(a_n)/(n!)
(8)

满足不等式

 1/(2(ln2)^n)<=b_n<=1/((ln2)^n).
(9)

使用 探索

参考文献

Sloane, N. J. A. 序列 A000670/M2952,出自“整数序列在线百科全书”。Velleman, D. J. 和 Call, G. S. “排列与组合锁”。Math. Mag. 68, 243-253, 1995.

在 中被引用

组合锁

请引用为

Weisstein, Eric W. “组合锁”。来自 Web 资源。 https://mathworld.net.cn/CombinationLock.html

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