Catalan数

百度百科:

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博文:

http://blog.csdn.net/cstopcoder/article/details/29420273



令h(0)=1,h(1)=1,卡塔兰数满足 递归式:
h(n)= h(0)*h(n-1) + h(1)*h(n-2) + ... + h(n-1)h(0) (其中n>=2),这是n阶递推关系;
还可以化简为1阶递推关系: 如h(n)=(4n-2)/(n+1)*h(n-1)(n>1) h(0)=1
该递推关系的解为: h(n)= C(2n,n)/(n+1)=P(2n,n)/(n+1)!=(2n)!/(n!*(n+1)!)  (n=1,2,3,...)
卡塔兰数列的前几项为(sequence A 0 0 0 1 0 8 in OEIS) [注: n = 0, 1, 2, 3, … n]
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, …



应用:

组合数学中有非常多.的组合结构可以用卡塔兰数来计数。在Richard P. StanleyEnumerative Combinatorics: Volume 2一书的习题中包括了66个相异的可由卡塔兰数表达的组合结构。以下用Cn=3Cn=4举若干例:

  • Cn表示长度2ndyck word的个数。Dyck word是一个有nXnY组成的字串,且所有的部分字串皆满足X的个数大于等于Y的个数。以下为长度为6dyck words: 

XXXYYY XYXXYY XYXYXY XXYYXY XXYXYY

  • 将上例的X换成左括号,Y换成右括号,Cn表示所有包含n组括号的合法运算式的个数

((())) ()(()) ()()() (())() (()())

  • Cn表示有n+1个叶子的二叉树的个数。                                       
  • Cn表示所有不同构的含n个分枝结点的满二叉树的个数。(一个有根二叉树是满的当且仅当每个结点都有两个子树或没有子树。) 
  • Cn表示所有在n × n格点中不越过对角线的单调路径的个数。一个单调路径从格点左下角出发,在格点右上角结束,每一步均为向上或向右。计算这种路径的个数等价于计算Dyck word的个数: X代表向右Y代表向上
  • Cn表示通过连结顶点而将n + 2边的凸多边形分成三角形的方法个数
  • Cn表示对{1, ..., n}依序进出置换个数。一个置换w是依序进出栈的当S(w) = (1, ..., n), 其中S(w)递归定义如下:令w = unv,其中nw的最大元素,uv为更短的数列;再令S(w) =S(u)S(v)n,其中S为所有含一个元素的数列的单位元。 
  • Cn表示集合{1, ..., n}不交叉划分的个数那么Cn 永远不大于第n贝尔数Cn也表示集合{1, ..., 2n}不交叉划分的个数,其中每个段落的长度为2。综合这两个结论,可以用数学归纳法证明 that all of the free cumulants of degree more than 2 of the Wigner semicircle law are zero. This law is important in free probability theory and the theory of random matrices
  • Cn表示用n个长方形填充一个高度为n的阶梯状图形的方法个数。




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