首先给出Catalan数的计算公式Catalan=C(2*n,n)/(n + 1)。
【解题思路】这道题目是典型的凸多边形划分问题,直接套用公式即可。
SOJ-2114(栈):典型的出栈顺序问题。
SOJ-2404(The midterm exam of algorithm):典型的二叉树个数问题。
SOJ-1247(球迷购票问题):
【题目描述】
球赛门票的售票处规定每位购票者限购一张门票,且每张门票售价50元。购票者中有m位手持50元钱币,另有n人手持100元。假设售票处开始售票时无零钱。问这m+n人有几种排队方式可使售票处不致出现找不出钱的局面。
对给定的m,n(0<=m,n<=5000),计算出排队方式总数。输入数据第1行为测试数据的个数t,余下的t行每行有两个整数m和n。对每一组测试数据输出方案数。
【解题思路】
当m<n显然无解;
对于m=n的情况就直接可以套用公式;
对于m>n的情况:
称由n-1个50元的和m+1个100元的构成的序列为sigma序列。
对于每种不合法的方式必然存在一种前缀使50元人数大于100元人数1个人,这样的方式有C(m+n,n-1),这种关系是对应的。
ans=C(m+n,n)-c(m+n,n-1)
具体解法参考《编程之美---买票找零》274-275页的分析。
运用了大数模版:
int main()
{
int m, n;
int t;
scanf("%d", &t);
while(t--) {
scanf("%d%d", &m, &n);
if (n > m) {
printf("0\n");
} else if (n == 0) {
printf("1\n");
} else if (n == m) {
bignum ans = ans.C(2 * n, n) / (n + 1);
cout<<ans<<endl;
} else {
bignum ans1 = ans1.C(m + n, n);
bignum ans2 = ans2.C(m + n, n - 1);
cout<<(ans1 - ans2)<<endl;
}
}
return 0;
}
卡特兰数
百科名片
卡特兰数又称卡塔兰数,是组合数学中一个常出现在各种计数问题中出现的数列。由以比利时的数学家欧仁·查理·卡塔兰 (1814–1894)命名。
卡特兰数
前几项为 : 1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, 429, 1430, 4862, 16796, 58786, 208012, 742900, 2674440, 9694845, 35357670, 129644790, 477638700, 1767263190, 6564120420, 24466267020, 91482563640, 343059613650, 1289904147324, 4861946401452, ...
原理
令h(1)=1,h(2)=1,catalan数满足递归式:
例如:h(3)=h(1)*h(2)+h(2)*h(1)=1*1+1*1=2
h(4)=h(1)*h(3)+h(2)*h(2)+h(3)*h(1)=1*2+1*1+2*1=5
另类递归式:
h(n)=h(n-1)*(4*n-2)/(n+1);
该递推关系的解为:
h(n)=C(2n,n)/(n+1) (n=1,2,3,...)
卡特兰数的应用
实质上都是递归等式的应用
括号化
矩阵链乘: P=a1×a2×a3×……×an,依据乘法结合律,不改变其顺序,只用括号表示成对的乘积,试问有几种括号化的方案?(h(n)种)
出栈次序
一个栈(无穷大)的进栈序列为1,2,3,…,n,有多少个不同的出栈序列?
分析
对于每一个数来说,必须进栈一次、出栈一次。我们把进栈设为状态‘1’,出栈设为状态‘0’。n个数的所有状态对应n个1和n个0组成的2n位二进制数。由于等待入栈的操作数按照1‥n的顺序排列、入栈的操作数b大于等于出栈的操作数a(a≤b),因此输出序列的总数目=由左而右扫描由n个1和n个0组成的2n位二进制数,1的累计数不小于0的累计数的方案种数。
在2n位二进制数中填入n个1的方案数为c(2n,n),不填1的其余n位自动填0。从中减去不符合要求(由左而右扫描,0的累计数大于1的累计数)的方案数即为所求。
不符合要求的数的特征是由左而右扫描时,必然在某一奇数位2m+1位上首先出现m+1个0的累计数和m个1的累计数,此后的2(n-m)-1位上有n-m个 1和n-m-1个0。如若把后面这2(n-m)-1位上的0和1互换,使之成为n-m个0和n-m-1个1,结果得1个由n+1个0和n-1个1组成的2n位数,即一个不合要求的数对应于一个由n+1个0和n-1个1组成的排列。
反过来,任何一个由n+1个0和n-1个1组成的2n位二进制数,由于0的个数多2个,2n为偶数,故必在某一个奇数位上出现0的累计数超过1的累计数。同样在后面部分0和1互换,使之成为由n个0和n个1组成的2n位数,即n+1个0和n-1个1组成的2n位数必对应一个不符合要求的数。
因而不合要求的2n位数与n+1个0,n-1个1组成的排列一一对应。
显然,不符合要求的方案数为c(2n,n+1)。由此得出 输出序列的总数目=c(2n,n)-c(2n,n+1)=1/(n+1)*c(2n,n)。
(这个公式的下标是从h(0)=1开始的)
类似问题
有2n个人排成一行进入剧场。入场费5元。其中只有n个人有一张5元钞票,另外n人只有10元钞票,剧院无其它钞票,问有多少中方法使得只要有10元的人买票,售票处就有5元的钞票找零?(将持5元者到达视作将5元入栈,持10元者到达视作使栈中某5元出栈)
凸多边形三角剖分
求将一个 凸多边形区域分成三角形区域的方法数。
类似:一位大城市的律师在她住所以北n个街区和以东n个街区处工作。每天她走2n个街区去上班。如果她从不穿越(但可以碰到)从家到办公室的对角线,那么有多少条可能的道路?
类似:在圆上选择2n个点,将这些点成对连接起来使得所得到的n条线段不相交的方法数?
给定节点组成二叉树
给定N个节点,能构成多少种不同的 二叉树?
(能构成h(N)个)
(这个公式的下标是从h(0)=1开始的)