递推计数

组合 · 计数综合

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例题题目

用 1×2 和 2×2 两种规格的瓷砖(可以旋转,1×2 的瓷砖可以竖着放或横着放),铺满一个 2×n 的长方形,n 为正整数。请问当 n=6 时,一共有多少种不同的铺法?

解题思路

本题的核心是建立递推关系。先考虑最左边一列或两列如何铺,然后转化为更小宽度的问题。我们把 f(n) 记为铺满 2×n 长方形的方法数。分析最左边的情况: - 如果最左边竖着放一块 1×2 的瓷砖,则剩下 2×(n-1) 的区域,有 f(n-1) 种方法。 - 如果最左边两列用两块横着的 1×2 瓷砖(上下各一块),则剩下 2×(n-2) 的区域,有 f(n-2) 种方法。 - 如果最左边两列用一块 2×2 的瓷砖,则剩下 2×(n-2) 的区域,也有 f(n-2) 种方法。 注意:两种“用两列”的情况是不同的铺法,所以总方法数为 f(n) = f(n-1) + 2×f(n-2)。

解题步骤

第 1 步:设 f(n) 表示铺满 2×n 长方形的方法总数。 第 2 步:求初始值。 - 当 n=1 时,只有一块 1×2 的瓷砖竖着放(横着放不下),所以 f(1)=1。 - 当 n=2 时,可以:①两块 1×2 都竖着放;②两块 1×2 都横着放(上下各一块);③一块 2×2 瓷砖。共 3 种,所以 f(2)=3。 第 3 步:根据递推公式 f(n) = f(n-1) + 2×f(n-2) 依次计算: - f(3) = f(2) + 2×f(1) = 3 + 2×1 = 5 - f(4) = f(3) + 2×f(2) = 5 + 2×3 = 11 - f(5) = f(4) + 2×f(3) = 11 + 2×5 = 21 - f(6) = f(5) + 2×f(4) = 21 + 2×11 = 43 第 4 步:检查 n=3 是否合理:可以枚举出 5 种,与计算结果一致,所以递推正确。

本题答案

43 种。
铺砖递推示意图(以 n=4 为例) 第1列 第2列 第3列 第4列 情况①:最左边竖放1×2→剩余f(3) 情况②:左边两列上下横放1×2 ← 剩右侧2列→f(2) 情况③:左边两列放2×2 ← 剩右侧2列→f(2)

方法总结

解决铺砖类递推问题,关键是“看最左边”怎么铺,把大问题拆成小问题。需要仔细区分不同铺法是否产生相同的剩余区域,以及是否有重复计数。先写出递推公式,再代入初始值计算,步步检查。
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