容斥原理是组合数学中用于计算集合大小的一种方法,它可以帮助我们准确计算多个集合的并集大小,避免重复计数。以下是容斥原理的基本公式:
二集合容斥原理
$$
A \cup B = A + B - A \cap B
$$
三集合容斥原理
$$
A \cup B \cup C = A + B + C - A \cap B - A \cap C - B \cap C + A \cap B \cap C
$$
n个集合的容斥原理
$$
\begin{align*}
I &= A_1 \cup A_2 \cup \ldots \cup A_n \\
&= \sum_{i=1}^{n} A_i - \sum_{1 \leq i < j \leq n} A_i \cap A_j + \sum_{1 \leq i < j < k \leq n} A_i \cap A_j \cap A_k - \ldots + (-1)^{n+1} A_1 \cap A_2 \cap \ldots \cap A_n
\end{align*}
$$
概率论中的容斥原理
$$
\begin{align*}
P(A_1 \cup A_2 \cup \ldots \cup A_n) &= P(A_1) + P(A_2) + \ldots + P(A_n) - P(A_1 \cap A_2) - P(A_1 \cap A_3) - \ldots - P(A_{n-1} \cap A_n) \\
&\quad + P(A_1 \cap A_2 \cap A_3) + \ldots + P(A_{n-2} \cap A_{n-1} \cap A_n) - \ldots + (-1)^n P(A_1 \cap A_2 \cap \ldots \cap A_n)
\end{align*}
$$
这些公式可以帮助我们在计算多个集合的并集大小时,避免重复计数,确保结果既无遗漏又无重复