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幂集
幂集是一个集合中所有的子集构成的集合。
清晰吗?先来看个例子 …… 所有的子集集 {a,b,c}: 空集 {} 是 {a,b,c} 的子集 这些都是子集:{a}, {b} and {c} 这些也是子集:{a,b}, {a,c} and {b,c} 全集 {a,b,c} 是 {a,b,c} 的子集把 S={a,b,c} 所有的子集放在一起就是 {a,b,c} 的幂集: P(S) = { {}, {a}, {b}, {c}, {a, b}, {a, c}, {b, c}, {a, b, c} } 想象这是所有不同的方法去选择集的元素(不分次序),包括一个都不选和所有都选。 例子:冰激淋店卖香蕉、巧克力和柠檬冰激淋。
你有什么选择? 什么都不买(最健康!){} 只买香蕉:{香蕉}。或只买 {巧克力} 或 {柠檬} 或者买两种:{香蕉,巧克力} 或 {巧克力,柠檬} 或 {巧克力,柠檬} 或者三种都买!(吃得了吗?){香蕉,巧克力,柠檬}问题:如果店子也买草莓冰激淋,你会有什么选择?答案在下面。 有几个子集简单!如果原集有 n个成员,幂集就有2n个成员 例子:在上面 {a,b,c} 的例子中,集合有三个成员(a、b 和 c)。 所以幂集应该有 23 = 8个成员,这是正确的!(如上) 记法一个集合成员的个数通常写成 |S|,所以当 S 有 n个成员时我们啊可以这样写: |P(S)| = 2n例子:集合 S={1,2,3,4,5} 的幂集有几个成员? S 有 5个成员,所以: |P(S)| = 2n = 25 = 32 下面我们会解释为什么成员的个数是 2的次方 二进制!要建立一个集的幂集,从零开始写下有 n数位的二进制数列。数列里每一个二进制数代表一个子集,而每一个等于 "1" 的数位代表 "把对应的成员放进这个子集里"。 所以 "101" 的意思是 1 a、0 b 和 1 c,子集是 {a,c} 像这样: abc 子集 0 000 { } 1 001 {c} 2 010 {b} 3 011 {b,c} 4 100 {a} 5 101 {a,c} 6 110 {a,b} 7 111 {a,b,c}次序不太漂亮,但包含了所有子集。 再一个例子吃冰激淋!有四种口味:香蕉、巧克力、柠檬、草莓。有什么选择? 我们用英语字幕来代表四种口味:{b, c, l, s}({香蕉,巧克力,柠檬,草莓})这是一些选择: {}(什么都不要,你在减肥) {b, c, l, s} (什么都要!吃了再算) {b, c}(香蕉和巧克力一起很好吃。(真的?)) 等等 我们用 "二进制数" 来做一个列表: bcls 子集 0 0000 {} 1 0001 {s} 2 0010 {l} 3 0011 {l,s} 等等 等等 12 1100 {b,c} 13 1101 {b,c,s} 14 1110 {b,c,l} 15 1111 {b,c,l,s}结果是(整齐地排列): P = { {}, {b}, {c}, {l}, {s}, {b,c}, {b,l}, {b,s}, {c,l}, {c,s}, {l,s}, {b,c,l}, {b,c,s}, {b,l,s}, {c,l,s}, {b,c,l,s} } 对称留意在上面的列表里第一个子集是空集,最后的是全集。 第二个子集有 "s",而倒数第二个子集除了 "s" 以外,其它的都有。 列表上下沿中间是有某种对称的。 这是因为二进制数有漂亮优美的规律。 质数例子幂集在很多领域都很有用。 求一个书的所有因数(不只是质因数,是所有因数)。 我可以测试所有可能答案:2、3、4、5、6、7 等等 …… 如果是大的数,这样做很花时间。 但我可以质因数拼合起来吗? 510 的质因数是 2×3×5×17(用质因数工具)。 所以 510所有的因数是: 2, 3, 5 and 17, 2×3, 2×5、2×17、 2×3×5 and 2×3×17 …… …… 就像上面的冰激淋例子,我需要幂集!结果是: 2,3,5,17 子集 510 的因数 0 0000 { } 1 1 0001 {17} 17 2 0010 {5} 5 3 0011 {5,17} 5 × 17 = 85 4 0100 {3} 3 5 0101 {3,17} 3 × 17 = 51 等等 等等 等等 15 1111 {2,3,5,17} 2 × 3 × 5 × 17 = 510最后答案:510 的因数是 1、2、3、5、6、10、15、17、30、34、51、85、102、170、255和510(以及 −1、−2、−3 等等)。(见 全部因数工具)。 自动化我做了一个自动生成幂集的工具。 如果你需要幂集,去用幂集生成器。 集合入门 二进制数字 对称 幂集生成器 集合索引 |
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