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原理 令h(1)=1,h(0)=1,catalan數(shù)滿足遞歸式: h(n)= h(0)*h(n-1)+h(1)*h(n-2) + ... + h(n-1)h(0) (其中n>=2) 另類(lèi)遞歸式: h(n)=((4*n-2)/(n+1))*h(n-1); 該遞推關(guān)系的解為: h(n)=C(2n,n)/(n+1) (n=1,2,3,...) 卡特蘭數(shù)的應(yīng)用 (實(shí)質(zhì)上都是遞歸等式的應(yīng)用) 括號(hào)化問(wèn)題 矩陣鏈乘: P=a1×a2×a3×……×an,依據(jù)乘法結(jié)合律,不改變其順序,只用括號(hào)表示成對(duì)的乘積,試問(wèn)有幾種括號(hào)化的方案?(h(n)種) 出棧次序問(wèn)題 一個(gè)棧(無(wú)窮大)的進(jìn)棧序列為1,2,3,…,n,有多少個(gè)不同的出棧序列? 分析:對(duì)于每一個(gè)數(shù)來(lái)說(shuō),必須進(jìn)棧一次、出棧一次。我們把進(jìn)棧設(shè)為狀態(tài)‘1’,出棧設(shè)為狀態(tài)‘0’。n個(gè)數(shù)的所有狀態(tài)對(duì)應(yīng)n個(gè)1和n個(gè)0組成的2n位二進(jìn)制數(shù)。由于等待入棧的操作數(shù)按照1‥n的順序排列、入棧的操作數(shù)b大于等于出棧的操作數(shù)a(a≤b),因此輸出序列的總數(shù)目=由左而右掃描由n個(gè)1和n個(gè)0組成的2n位二進(jìn)制數(shù),1的累計(jì)數(shù)不小于0的累計(jì)數(shù)的方案種數(shù)。 在2n位二進(jìn)制數(shù)中填入n個(gè)1的方案數(shù)為c(2n,n),不填1的其余n位自動(dòng)填0。從中減去不符合要求(由左而右掃描,0的累計(jì)數(shù)大于1的累計(jì)數(shù))的方案數(shù)即為所求。 不符合要求的數(shù)的特征是由左而右掃描時(shí),必然在某一奇數(shù)位2m+1位上首先出現(xiàn)m+1個(gè)0的累計(jì)數(shù)和m個(gè)1的累計(jì)數(shù),此后的2(n-m)-1位上有n-m個(gè) 1和n-m-1個(gè)0。如若把后面這2(n-m)-1位上的0和1互換,使之成為n-m個(gè)0和n-m-1個(gè)1,結(jié)果得1個(gè)由n+1個(gè)0和n-1個(gè)1組成的2n位數(shù),即一個(gè)不合要求的數(shù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)由n+1個(gè)0和n-1個(gè)1組成的排列。 反過(guò)來(lái),任何一個(gè)由n+1個(gè)0和n-1個(gè)1組成的2n位二進(jìn)制數(shù),由于0的個(gè)數(shù)多2個(gè),2n為偶數(shù),故必在某一個(gè)奇數(shù)位上出現(xiàn)0的累計(jì)數(shù)超過(guò)1的累計(jì)數(shù)。同樣在后面部分0和1互換,使之成為由n個(gè)0和n個(gè)1組成的2n位數(shù),即n+1個(gè)0和n-1個(gè)1組成的2n位數(shù)必對(duì)應(yīng)一個(gè)不符合要求的數(shù)。 因而不合要求的2n位數(shù)與n+1個(gè)0,n-1個(gè)1組成的排列一一對(duì)應(yīng)。 顯然,不符合要求的方案數(shù)為c(2n,n+1)。由此得出 輸出序列的總數(shù)目=c(2n,n)-c(2n,n+1)=1/(n+1)*c(2n,n)。 (這個(gè)公式的下標(biāo)是從h(0)=1開(kāi)始的) 類(lèi)似:有2n個(gè)人排成一行進(jìn)入劇場(chǎng)。入場(chǎng)費(fèi)5元。其中只有n個(gè)人有一張5元鈔票,另外n人只有10元鈔票,劇院無(wú)其它鈔票,問(wèn)有多少中方法使得只要有10元的人買(mǎi)票,售票處就有5元的鈔票找零?(將持5元者到達(dá)視作將5元入棧,持10元者到達(dá)視作使棧中某5元出棧) 凸多邊形的三角剖分問(wèn)題 求將一個(gè)凸多邊形區(qū)域分成三角形區(qū)域的方法數(shù)。 類(lèi)似:一位大城市的律師在她住所以北n個(gè)街區(qū)和以東n個(gè)街區(qū)處工作。每天她走2n個(gè)街區(qū)去上班。如果她從不穿越(但可以碰到)從家到辦公室的對(duì)角線,那么有多少條可能的道路? 類(lèi)似:在圓上選擇2n個(gè)點(diǎn),將這些點(diǎn)成對(duì)連接起來(lái)使得所得到的n條線段不相交的方法數(shù)? 用給定節(jié)點(diǎn)組成二叉樹(shù)的問(wèn)題 給定N個(gè)節(jié)點(diǎn),能構(gòu)成多少種不同的二叉樹(shù)? (能構(gòu)成h(N)個(gè))
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