La settimana scorsa abbiamo visto come si scrive la base fattoradicale. Un paio dei miei ventun lettori si è chiesto come mai si usa anche la posizione relativa a 0!, che tanto è sempre 0 e quindi non porta informazione. In effetti potete trovare anche la rappresentazione senza questa cifra; ma ho preferito lasciarla per poter ampliare il conto ai numeri frazionari. L’estensione ha comunque qualche problema, perché (-1)!, (-2)! e così via non sono definiti; quello che si fa in pratica è usare gli inversi dei fattoriali, 1/1, 1/2, 1/6, 1/24, …, 1/n!, …; chiaramente anche la prima cifra dopo la virgola è sempre zero, e quindi se avete proprio bisogno di spazio potete toglierla insieme alla cifra immediatamente a sinistra. Basta che avvisiate. Già che ci sono, aggiungo un’altra notazione: come potete immaginare, numeri molto grandi (o numeri frazionari molto lunghi) possono usare cifre maggiori di 10. Per evitare di inventare simboli, si possono usare i numeri in base 10 e separare le “cifre” con un “:”; pertanto 2441010_! si può anche scrivere come 2:4:4:1:0:1:0_!.

La conversione in base fattoradicale permette anche di numerare in ordine intelligente le permutazioni di n elementi. Qual è per esempio la 2023-ma permutazione di sette elementi? Scriviamo gli elementi come {0,1,2,3,4,5,6} e leggiamo da sinistra a destra 2441010_!. La prima cifra è un 2; contiamo fino a due (partendo da zero, qui siamo informatici più che matematici) e tiriamo fuori il numero trovato, che è 2. I nostri elementi restano quindi {0,1,3,4,5,6}. Proseguiamo in questo modo: dalla nuova lista contiamo da 0 a 4, troviamo 5 e lasciamo {0,1,3,4,6}; poi prendiamo 6 e lasciamo {0,1,3,4}, prendiamo 1 e lasciamo {0,3,4}, prendiamo 0 e lasciamo {3,4}, prendiamo 4 e lasciamo {3} e infine prendiamo 3. (Visto che avere la posizione zero può servire?). Mettendo insieme i numeri otteniamo la permutazione {2,5,6,1,0,4,3). L’unicità della rappresentazione fattoradicale ci assicura che in questo modo troveremo tutte e sole le permutazioni possibili.

Un altro esempio di uso dei numeri fattoradicali (stavolta senza la cifra finale) è dato dai codici di Lehrer; come vedete nella pagina di Wikipedia relativa, questi codici tanto per cambiare codificano le permutazioni di n elementi, ma questa volta lo fanno per mezzo delle inversioni, cioè gli scambi di due elementi. Se date un’occhiata alla tabella, le colonne le r consistono proprio nei numeri fattoradicali scritti da destra a sinistra, e la somma delle “cifre” è proprio il numero di inversioni necessarie per partire dalla permutazione di base {1,2,3,4} per arrivare a quella voluta.

Evelyn Lamb afferma che questo può servire anche per il problema dei bagni chimici ai festival musicali britannici, come da video di Numberphile; a me non sembra, ma tant’è. Ad ogni modo, buon divertimento!

(figura di Tilman Piesk da Wikimedia Commons, CC-BY-SA 3.0)