排列

排列（）又称置換，是將相異物件或符號根據確定的順序重排，得到的每個順序都稱作一個-{zh-cn:排列; zh-hk:排列; zh-tw:排列或置換;}-。例如，從1到6的數字有720種排列，對應於由這些數字組成的所有不重複亦不闕漏的序列，例如“4, 5, 6, 1, 2, 3”與“1, 3, 5, 2, 4, 6”。

排列的廣義概念在不同語境下有不同的形式定義：
 在集合論中，一個集合的排列是從該集合映至自身的雙射；在有限集的情況，便與上述定義一致。
 在組合數學中，排列一詞的傳統意義是一個有序序列，其中元素不重複，但可能有闕漏。例如“1, 2, 4, 3”可以稱為“1, 2, 3, 4, 5, 6”的一個排列，但是其中不含“5, 6”。此時通常會標明為「從n個對象取r個對象的排列」。无序序列的情形则为組合。

 定義 
一個集合的置換為從該集合映至自身的雙射函數：

恆等置換的定義為置換使得對所有，。

所有關於個元素的集合的置換組成的集合構成對稱群，其群運算為函數的複合。因此兩個置換，和的積的定義為。

兩個置換的複合一般不滿足交換律：。

 置換數的计算 
此節使用置換的傳統定義。从个相異元素中取出个元素，个元素的排列數量為：

以賽馬為例，有8匹马参加比赛，玩家需要在彩票上填入前三胜出的马匹的号码，從8匹馬中取出3匹馬來排前3名，排列數量為：

因为一共存在336种可能性，因此玩家在一次填入中中奖的概率应该是：

不過，中國大陸的教科書則是把從n取k的情況記作或（A代表Arrangement，即排列）。

重複置換
上面的例子是建立在取出元素不重複出現狀況。

從个元素中取出个元素，个元素可以重复出现，這排列數量為：
 OCLC:44527392

以四星彩為例，10個數字取4個數字，因可能重複所以排列數量為：

这时的一次性添入中奖的概率就应该是：

 抽象代數 
在集合論與抽象代數等領域中，「置-{}-換」一詞被保留為集合（通常是有限集）到自身的雙射的一個稱呼。例如對於從一到十的數字構成的集合，其置-{}-換將是從集合  到自身的雙射。因此，置-{}-換是擁有相同定義域與上域的函數，且其為雙射的。一個集合上的置-{}-換在函數合成運算下構成一個群，稱為對稱群或置換群。

 符號 

以下僅考慮有限集上的置-{}-換（視為雙射），由於  個元素的有限集可以一一對應到集合 ，有限集的置-{}-換可以化約到形如  的集合之置-{}-換。此時有兩種表示法。

第一，利用矩陣符號將自然排序寫在第一列，而將置-{}-換後的排序寫在第二列。例如：

表示集合 {1,2,3,4,5} 上的置-{}-換 。

第二，藉由置-{}-換的相繼作用描述，這被稱為「轮换分解」。分解方式如下：固定置-{}-換 。對任一元素 ，由於集合有限而  是雙射，必存在正整數  使得 ，故可將置-{}-換  對  的相繼作用表成 ，其中  是滿足  的最小正整數。

稱上述表法為  在  下的轮换，  稱為轮换的長度。此处將轮换視作環狀排列，例如
  與

是同一個轮换。由此可知  在  下的轮换只決定於  在  作用下的軌道，於是，任兩個元素  或給出同一個轮换，或給出不交的轮换。

將轮换  理解為一類特殊的置-{}-換，即可遞置-{}-換：僅須定義置-{}-換  為 ，而在其它元素上定義為恆等映射。不交的轮换在函數合成的意義下可相交換。

因此，可以將集合 {1, ..., n} 對一置-{}-換分解成不交轮换的合成，此分解若不計順序則是唯一的。例如前一個例子的  就對應到 (1 2 5) (3 4) 或 (3 4) (1 2 5)。

 輪換 
輪換一是種特殊的置換。

如果給定是上的一個置換，為上的一個子集。

若有

則稱 為一個輪換。 為輪換的長度。

 特殊置換 
在上節的置换表法中，長度等於二的環狀置换稱為換位，這種環狀置换  不外是將元素  交換，並保持其它元素不變。對稱群可以由換位生成。

由於環狀置換長度為的置換可分解為最少個換位，若為偶數，則為偶換位，否則為奇換位。即環狀置換的長度為奇數，該置換為偶換位；環狀置換的長度為偶數，該置換為奇換位。

由此可定義任一置換的奇偶性，並可證明：一個置換是偶換位的充要條件是它可以由偶數個換位生成。偶换位在置換群中構成一個正規子群，稱為交错群。

 計算理論中的置換 
某些舊課本將置換視為變數值的賦值。在計算機科學中，這就是將值1, 2, ..., 賦予變數, , ..., 的賦值運算子，並要求每個值只能賦予一個變數。

賦值/代入的差別表明函數式編程與指令式編程之差異。純粹的函數式編程並不提供賦值機制。現今數學的慣例是將置換看作函數，其間運算看作函數合成，函數式編程也類似。就賦值語言的觀點，一個代入是將給定的值「同時」重排，這是個有名的問題。
 置換圖 

取一個無向圖，將圖的個頂點標記為, ..., ，對應一個置換（），若且唯若而，則圖的和相連，這樣的圖稱為置換圖。

置換圖的補圖必是置換圖。

 使用計算器 
多數計算器都有個計算置換數的 nPr 鍵。然而此鍵在一些最先進的桌上型機種中卻被隱藏了。例如：在 TI-83 中，按 MATH、三次右鍵、再按二。在卡西歐的圖形計算機中，按 OPTN，一次右鍵（F6）、PROB（F3）、nPr（F2）。

 試算表語法 
多數試算表軟件都有函式 PERMUT(Number，Number chosen)，用以計算置換。Number 是描述物件數量的一個整數，Number chosen 是描述每個置換中所取物件數的整數。

C++演算範例
迴圈法
#include <iostream>
using namespace std;
bool arrsame(int* arr, int len, int num) {
	int i;
	for (i = 0; i < len; i++)
		if (arr[i] == num)
			break;
	return i != len;
}
bool next_perm(int* perm, const int k, const int n) {
	int i = k - 1;
	do
		perm[i]++;
	while (arrsame(perm, i, perm[i]) || (perm[i] >= n && i--));
	if (perm[0] >= n)
		return 0;
	for (int num = 0, seat = i + 1; seat < k; num++)
		if (!arrsame(perm, i + 1, num))
			perm[seat++] = num;
	return 1;
}
int main() {
	int n, k;
	cout << "perm(n,k):" << endl;
	cin >> n >> k;
	if (n < k || k <= 0)
		return 0;
	int* perm = new int[k];
	for (int i = 0; i < k; i++)
		perm[i] = i;
	do
		for (int i = 0; i < k; cout << ((++i < k) ? ',' : '\n'))
			cout << perm[i] + 1;
	while (next_perm(perm, k, n));
	delete[] perm;
	return 0;
}
遞迴法
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

struct prem {
	int len;
	vector<int> used, position;
	function<void(vector<int>&)> action;
	prem(int l = 0, function<void(vector<int>&)> a = [](vector<int>& position) {}) : len(l), used(l, -1), position(l), action(a) {}
	void run(int now = -1) {
		if (now == len - 1) {
			action(position);
			return;
		}
		int next = now + 1;
		for (int i = 0; i < len; i++) {
			if (used[i] == -1) {
				used[i] = next;
				position[next] = i;
				run(next);
				used[i] = -1;
			}
		}
	}
};
int main() {
	ios::sync_with_stdio(false), cin.tie(0);
	int len = 4;
	prem p(len, [&](vector<int>& p) {
		for (int i = 0; i < len; i++) {
			cout << p[i] << " ";
		}
		cout << endl;
	});
	p.run();
	return 0;
}
python演算範例
import sys

def perm(dim, num):
    if not 0 <= num <= dim:
        print('It must be that 0 <= num <= dim!', flush=True, file=sys.stderr)
        return []

    result = []
    xstack = []

    arr = []
    xset = set(range(dim, 0, -1))

    xstack.append((arr, xset))

    while len(xstack):
        theArr, theSet = xstack.pop()
        for theInt in theSet:
            newSet = theSet.copy()
            newSet.remove(theInt)
            newArr = theArr.copy()
            newArr.append(theInt)
            if num == len(newArr):
                result.append(newArr)
            else:
                xstack.append((newArr, newSet))
    return result

 注释 

 參考文獻 

 Miklos Bona. "Combinatorics of Permutations", Chapman Hall-CRC, 2004. ISBN 978-1-58488-434-7.
 Donald Knuth. The Art of Computer Programming, Volume 4: Generating All Tuples and Permutations, Fascicle 2, first printing. Addison-Wesley, 2005. ISBN 978-0-201-85393-3. 
 Donald Knuth. The Art of Computer Programming, Volume 3: Sorting and Searching, Second Edition. Addison-Wesley, 1998. ISBN 978-0-201-89685-5. Section 5.1: Combinatorial Properties of Permutations, pp.11–72.

 外部連結 
 許多排列組合問題，附詳解。 
 置換及圖論問題  

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