推荐:卡特兰数总结
定义:
f(i)表示,从(0,0)出发,到(i,i),每次只能向上或者向右走,并且不越过红线的方案数。
这个图片的点上的数字,其实告诉我们f[i],就可以根据这个n方dp得到。
其实是由这个阶梯推过来的。
也是之后的经典模型
公式:
来自百度百科
定义式:
为什么是对的?考虑第一次走到(y=x)的情况大概图长这样:中间空出一行为了强制必须向上走
这个式子是n^2的,太low了。
h(n)=c(2n,n)-c(2n,n-1)(n=0,1,2,...)
这个式子推法:
从A到目标点C(n,n)的方案数有:
C(2*n,n),即从2*n步中,选择n步向上走的方案数。
那么,我们不能超过绿线y=x,就意味着不能触碰红线y=x+1
发现,刚才每一个非法的方案数中,如果把碰到红线和碰到红线之前的路径,关于红线对称一下,碰到红线之后的路径不用管,
一定是一个从B点,即(-1,1)出发到C的方案。
黄线是一个不合法的方案,黄线在红线之前的部分,对称成灰色的路径,再和红色之后的黄色路径拼在一起,就是一个从B开始到C的路径。
发现,这个还是 一 一对应的!!
从B到C的方案是:C(2*n,n-1)
所以,从A到C的合法方案,就是f[n]=C(2*n,n)-C(2*n,n-1)
h(n)=C(2n,n)/(n+1) (n=0,1,2,...)
这个把上面的公式组合数展开化简即可。
模型与例题
答案通常与卡特兰数第k项直接相关。
1.火车进栈
这是一个卡特兰数经典入门题目。
直接输出h[n]
我们假设最后出栈的是k
那么k之前的所有数都进栈出栈了。k之后所有数也都进栈出栈了
k两边就是两个互相独立的子问题。
方案是:a[n-k]*a[k-1],又因为k可以取到1~n的任何数。
所以根据加法原理,a[n]=a[n-1]*a[1]+a[n-2]*a[2]+...a[1]*a[n-1]
就是卡特兰数的递推式子了。
也可以这样想,一节车厢进栈,代表向右走,出栈,代表向左走,
因为不存在一个时刻,出栈的总次数大于进栈的总次数。
恰好和从(0,0)到(n,n)不越过y=x方案数一致。
这个模型也证明了卡特兰数的两个公式其实是统一的。
2.合法括号序列 牛客网NOIP赛前集训营-普及组(第二场)
长度为2k的合法括号序列有 h[k]个。
证明:把左括号抽象为向右走,右括号抽象为向上走,
然后同上可以证明了。
其实是火车进栈的抽象版本。
牛客9.16普及组T4
3.0/1走
即每次向右走,或者向上走,不越过y=x的方案数。
这就是卡特兰数基本定义模型了。
对于类似必须越过y=x至少一次,就是不合法的C(2n,n-1)了
对于恰好越过一次,其实也是C(2n,n),相当于第一次碰到绿线之后的路径关于绿线对称过去,还是一样的。
但是可能边界考虑减一减。
4.凸包三角形划分。
留坑。
5.n个点二叉树不同形态方案数。
假设根左子树大小为k-1个,右子树大小为n-k个
那么,这种情况下的方案数就是a[k-1]*a[n-k]
因为k可以取1~n,所以,
就是之前的a[n]=a[n-1]*a[1]+a[n-2]*a[2]+...a[1]*a[n-1]了。
6.阶梯
用n个矩形完全不重叠覆盖n阶阶梯方案数。
发现,左下角一定会被一个矩形覆盖(废话)
这个矩形假设左上有k-1个矩形,右下有n-k个矩形,(或者说分成了两个子问题的小阶梯形)
那么,这种情况下的方案数就是a[k-1]*a[n-k]
因为k可以取1~n,所以,
就是之前的a[n]=a[n-1]*a[1]+a[n-2]*a[2]+...a[1]*a[n-1]了。
总结:
①会推:那就推。
一般从两个方面的模型考虑:
1.是否可以得出这个式子。、
2.是否能够转化成这个图的模型问题。
②不会?那就打表找规律咯。。。。
记住前几项:1,1,2,5,14,42(第0项开头)
然后可以再尝试证明、
另类:施罗德数