HDU 1023 Train Problem II(组合数学)

Description
编号为1~n的n列货车按照标号严格递增的顺序进站,问有多少种出站顺序
Input
多组输入,每组用例占一行为一整数n表示火车列数,以文件尾结束输入
Output
对于每组输入,输出出站顺序种类数
Sample Input
1
2
3
10
Sample Output
1
2
5
16796
Solution
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为C(2n,n)-C(2n,n+1)=C(2n,n)/(n+1),也就是卡特兰数。
此处由于答案没有模,所以需要用到高精度,而C(2n,n)/(n+1)这个形式不便于高精度,所以此处用卡特兰数的递推形式ktl(n)=ktl(n-1)*(4n-2)/(n+1)来实现递推求解
Code

#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<cmath>
#include<queue>
#include<stack>
#include<map>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;
#define maxn 111
#define INF 0x3f3f3f3f
typedef long long ll;
int a[maxn][maxn]; 
void KTL()//求卡特兰数 
{
    //a[i][0]表示第i个卡特兰数的长度 
    memset(a,0,sizeof(a));//初始化 
    a[1][0]=1;a[1][1]=1;
    a[2][0]=1;a[2][1]=2;
    int len=1;
    for(int i=3;i<101;i++)//递推 
    {
        int k=0;
        for(int j=1;j<=len;j++)//高精度乘法 
        {
            int temp=a[i-1][j]*(4*i-2)+k;
            a[i][j]=temp%10;
            k=temp/10;
        }
        while(k)
        {
            a[i][++len]=k%10;
            k/=10;
        }
        for(int j=len;j>=1;j--)//高精度除法 
        {
            int temp=a[i][j]+k*10;
            a[i][j]=temp/(i+1);
            k=temp%(i+1);
        }
        while(!a[i][len])//去前置0 
            len--;
        a[i][0]=len;//记录长度 
    }
}
int main()
{
    KTL();
    int n;
    while(scanf("%d",&n)!=EOF)
    {
        for(int i=a[n][0];i>=1;i--)
            printf("%d",a[n][i]);
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

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