Комбинато́рика — раздел математики, посвящённый решению задач, связанных с выбором и расположением элементов некоторого множества в соответствии с заданными правилами. Каждое такое правило определяет некоторую выборку из элементов исходного множества, которая называется комбинаторной конфигурацией. Простейшими примерами комбинаторных конфигураций являются перестановки, сочетания и размещения.
Числа Катала́на — числовая последовательность, встречающаяся во многих задачах комбинаторики.
В комбинаторике размеще́нием называется упорядоченный набор из k различных элементов из некоторого множества различных n элементов.
Беспорядок в комбинаторике — перестановка без неподвижных точек; количество беспорядков заданного числа 
— его субфакториал 
.
Субфакториал — количество беспорядков заданного числа, то есть перестановок заданного порядка без неподвижных точек — по аналогии с факториалом, определяющим общее количество перестановок. Стандартное обозначение — .
Формула включений-исключений — комбинаторная формула, позволяющая определить мощность объединения конечного числа конечных множеств, которые в общем случае могут пересекаться друг с другом. В теории вероятностей аналог принципа включений-исключений известен как формула Пуанкаре.
Числа Шрёдера в комбинаторике описывают количества путей из левого нижнего угла квадратной решётки n×n в противоположный по диагонали угол, используя только ходы вверх, вправо или вверх-вправо, с дополнительным условием, что пути не поднимаются выше упомянутой диагонали. Именно это дополнительное условие отличает эту последовательность от чисел Деланноя. Названы в честь немецкого математика Эрнеста Шрёдера.
История комбинаторики освещает развитие комбинаторики — раздела конечной математики, который исследует в основном различные способы выборки заданного числа m элементов из заданного конечного множества: размещения, сочетания, перестановки, а также перечисление и смежные проблемы. Начав с анализа головоломок и азартных игр, комбинаторика оказалась исключительно полезной для решения практических задач почти во всех разделах математики. Кроме того, комбинаторные методы оказались полезными в статистике, генетике, лингвистике и многих других науках.
Случайная перестановка — это случайное упорядочение множества объектов, то есть случайная величина, элементарными событиями которой являются перестановки. Использование случайных перестановок зачастую является базой в областях, использующих рандомизированные алгоритмы. К таким областям относятся теория кодирования, криптография и моделирование. Хорошим примером случайной перестановки является тасование колоды карт.
В теории графов короной с 2n вершинами называется неориентированный граф с двумя наборами вершин ui и vi и рёбрами между ui и vj, если i ≠ j. Можно рассматривать корону как полный двудольный граф, из которого удалено совершенное паросочетание, как двойное покрытие двудольным графом полного графа, или как двудольный граф Кнезера Hn,1, представляющий подмножества из 1 элемента и (n − 1) элементов множества из n элементов с рёбрами между двумя подмножествами, если одно подмножество содержится в другом.
Градуированное частично упорядоченное множество — частично упорядоченное множество P, снабжённое функцией ранга ρ из P в N, удовлетворяющей следующим двум свойствам:
- функция ранга совместима с упорядочиванием, в смысле, что для любых x и y с порядком x < y должно выполняться ρ(x) < ρ(y);
- функция ранга совместима с отношением подчинения упорядочения, в смысле, что для любого x подчинённого y должно выполняться ρ(y) = ρ(x) + 1.
Биективное доказательство — это техника доказательства, при которой находится биективная функция f : A → B между двумя конечными множествами A и B или сохраняющая размер биективная функция между двумя комбинаторными классами, чем доказывается одинаковость числа элементов, |A| = |B|. Место, где техника полезна — когда мы хотим знать размер A, но не можем найти прямого пути подсчёта элементов множества. В этом случае установление биекции между A и некоторым множеством B решает задачу, если число элементов множества B вычислить проще. Другое полезное свойство этой техники — природа биекции само по себе часто даёт мощную информацию о каждом из двух множеств.
Аддитивная комбинаторика — междисциплинарная область математики, изучающая взаимозависимость различных количественных интерпретаций понятия структурированности подмножества группы, а также аналогичные свойства производных от множества структур, использующихся при этих интерпретациях. Кроме того, аддитивная комбинаторика изучает структурированность в различных смыслах некоторых специфических множеств или классов множеств.
Двенадцатеричный путь или двенадцать сценариев — это систематическая классификация 12 связанных перечислительных задач, касающихся двух конечных множеств, которые включают классические задачи подсчёта перестановок, сочетаний, мультимножеств и разбиений либо множества, либо числа. Идею классификации приписывают Джиану-Карло Роту, а название двенадцатеричный путь предложил Джоэл Спенсер по аналогии с термином восьмеричный путь из физики, который в свою очередь произошел от понятия восьмеричный путь в буддизме. Название намекает, что используя те же подходы в 12 случаях, но с небольшими изменениями в условиях, мы получаем 12 разных результатов.
Числа Шрёдера — Гиппарха образуют последовательность целых чисел, которую можно использовать для подсчёта числа плоских деревьев с заданным числом листьев, числа способов вставки скобок в последовательность и числа способов разбиения выпуклого многоугольника на меньшие многоугольники путём проведения диагоналей. Эта последовательность начинается с
- 1, 1, 3, 11, 45, 197, 903, 4279, 20793, 103049, ... последовательность A001003 в OEIS.
При доказательстве комбинаторных теорем обычно признаются и используются несколько полезных комбинаторных правил, или комбинаторных принципов. Примеры:
- Правило сложения, правило умножения и принцип включения-исключения часто используются для целей перечисления.
- Принцип Дирихле часто устанавливает существование чего-либо или используется для определения минимального либо максимального количества чего-либо в дискретном контексте.
- Биективное доказательство используется, чтобы убедиться, что два множества имеют одинаковое количество элементов.
- Многие комбинаторные тождества возникают из метода двойного счёта или метода выделенного элемента.
- Производящие функции и рекуррентные соотношения — мощные инструменты, которые можно использовать для управления последовательностями, и они могут быть полезны при исследовании многих комбинаторных ситуаций.
Сапоженко, Александр Антонович — русский учёный-математик, д.ф.-м.н. (1993), профессор (1997), преподавал по 2019 г. на кафедре математической кибернетики ВМК МГУ, Заслуженный профессор Московского университета (2008).
