卡特蘭數:規定h(0)=1,而h(1)=1,h(2)=2,h(3)=5,h(4)=14,h(5)=42,h(6)=132,h(7)=429,h(8)=1430,h(9)=4862,h(10)=16796,h(11)=58786,h(12)=208012,h(13)=742900,h(14)=2674440,h(15)=9694845·····················
通項公式為:
遞推公式為:
h(n)=((4
*n-2
)/(n+
1))*h(n-1
)h(n)= h(0)*h(n-1) + h(1)*h(n-2) + ... + h(n-1)h(0) (其中n>=2)
卡特蘭數的應用:
1、矩陣鏈乘: p=a1×a2×a3×……×an,依據乘法結合律,不改變其順序,只用括號表示成對的乘積,試問有幾種括號化的方案?
思路:可以這樣考慮,首先通過括號化,將p分成兩個部分,然後分別對兩個部分進行括號化。比如分成(a1)×(a2×a3.....×an),然後再對(a1)和(a2×a3.....×an)分別括號化;又如分成(a1×a2)×(a3.....×an),然後再對(a1×a2)和(a3.....×an)括號化。
設n個矩陣的括號化方案的種數為f(n),那麼問題的解為
f(n) = f(1)*f(n-1) + f(2)*f(n-2) + f(3)*f(n-3) + f(n-1)*f(1)。f(1)*f(n-1)表示分成(a1)×(a2×a3.....×an)兩部分,然後分別括號化。
計算開始幾項,f(1) = 1, f(2) = 1, f(3) = 2, f(4) = 5。結合遞迴式,不難發現f(n)等於h(n-1)。
2、乙個棧(無窮大)的進棧序列為1,2,3,…,n,有多少個不同的出棧序列?
思路:這個與加括號的很相似,進棧操作相當於是左括號,而出棧操作相當於右括號。n個數的進棧次序和出棧次序構成了乙個含2n個數字的序列。第0個數字肯定是進棧的數,這個數相應的出棧的數一定是第2i+1個數。因為如果是2i,那麼中間包含了奇數個數,這奇數個肯定無法構成進棧出棧序列。
設問題的解為f(2n), 那麼f(2n) = f(0)*f(2n-2) + f(2)*f(2n-4) + f(2n-2)*f(0)。f(0) * f(2n-2)表示第0個數字進棧後立即出棧,此時這個數字的進棧與出棧間包含的數字個數為0,剩餘為2n-2個數。f(2)*f(2n-4)表示第0個數字進棧與出棧間包含了2個數字,相當於1 2 2 1,剩餘為2n-4個數字。依次類推。
假設f(0) = 1,計算一下開始幾項,f(2) = 1, f(4) = 2, f(6) = 5。結合遞迴式,不難發現f(2n) 等於h(n)。
3、n個節點構成的二叉樹,共有多少種情形?
思路:可以這樣考慮,根肯定會占用乙個結點,那麼剩餘的n-1個結點可以有如下的分配方式,t(0, n-1),t(1, n-2),...t(n-1, 0),設t(i, j)表示根的左子樹含i個結點,右子樹含j個結點。
設問題的解為f(n),那麼f(n) = f(0)*f(n-1) + f(1)*f(n-2) + .......+ f(n-2)*f(1) + f(n-1)*f(0)。假設f(0) = 1,那麼f(1) = 1, f(2) = 2, f(3) = 5。結合遞推式,不難發現f(n)等於h(n)。
4、n對括號有多少種匹配方式?
思路:n對括號相當於有2n個符號,n個左括號、n個右括號,可以設問題的解為f(2n)
。第0個符號肯定為左括號,與之匹配的右括號必須為第2i+1字元。因為如果是第2i個字元,那麼第0個字元與第2i個字元間包含奇數個字元,而奇數個字元是無法構成匹配的。
通過簡單分析,f(2n)可以轉化如下的遞推式 f(2n) = f(0)*f(2n-2) + f(2)*f(2n - 4) + ... + f(2n - 4)*f(2) + f(2n-2)*f(0)。簡單解釋一下,f(0) * f(2n-2)表示第0個字元與第1個字元匹配,同時剩餘字元分成兩個部分,一部分為0個字元,另一部分為2n-2個字元,然後對這兩部分求解。 f(2)*f(2n-4)表示第0個字元與第3個字元匹配,同時剩餘字元分成兩個部分,一部分為2個字元,另一部分為2n-4個字元。依次類推。
假設f(0) = 1,計算一下開始幾項,f(2) = 1, f(4) = 2, f(6) = 5。結合遞迴式,不難發現f(2n) 等於h(n)。
5、在圓上選擇2n個點,將這些點成對連線起來使得所得到的n條線段不相交的方法數?
思路:以其中乙個點為基點,編號為0,然後按順時針方向將其他點依次編號。那麼與編號為0相連點的編號一定是奇數,
否則,這兩個編號間含有奇數個點,勢必會有個點被孤立,即在一條線段的兩側分別有乙個孤立點,從而導致兩線段相交。設選中的基點為a,與它連線的點為b,那麼a和b將所有點分成兩個部分,一部分位於a、b的左邊,另一部分位於a、b的右邊。然後分別對這兩部分求解即可。
設問題的解f(n),那麼f(n) = f(0)*f(n-2) + f(2)*f(n-4) + f(4)*f(n-6) + ......f(n-4)*f(2) + f(n-2)*f(0)。f(0)*f(n-2)表示編號0的點與編號1的點相連,此時位於它們右邊的點的個數為0,而位於它們左邊的點為2n-2。依次類推。
f(0) = 1, f(2) = 1, f(4) = 2。結合遞迴式,不難發現f(2n) 等於h(n)。
6、求乙個凸多邊形區域劃分成三角形區域的方法數?
思路:以凸多邊形的一邊為基,設這條邊的2個頂點為a和b。從剩餘頂點中選1個,可以將凸多邊形分成三個部分,中間是乙個三角形,左右兩邊分別是兩個凸多邊形,然後求解左右兩個凸多邊形。
設問題的解f(n),其中n表示頂點數,那麼f(n) = f(2)*f(n-1) + f(3)*f(n-2) + ......f(n-2)*f(3) + f(n-1)*f(2)。f(2)*f(n-1)表示三個相鄰的頂點構成乙個三角形,那麼另外兩個部分的頂點數分別為2和n-1。
設f(2) = 1,那麼f(3) = 1, f(4) = 2, f(5) = 5。結合遞推式,不難發現f(n) 等於h(n-
2)。
7、描述:有2n個人排成一行進入劇場。入場費5元。其中只有n個人有一張5元鈔票,另外n人只有10元鈔票,劇院無其它鈔票,問有多少中方法使得只要有10元的人買票,售票處就有5元的鈔票找零?
思路:可以將持5元買票視為進棧,那麼持10元買票視為5元的出棧。這個問題就轉化成了棧的出棧次序數。由應用三的分析直接得到結果,f(2n) 等於h(n)*n!*n!。
8、擁有 n+1 個葉子節點
的二叉樹的數量為h(n).例如 4個葉子節點的所有二叉樹形態:
9、n*n的方格地圖中,從乙個角到另外乙個角,不跨越對角線的路徑數為h(n).例如, 4×4方格地圖中的路徑有:
10、圓桌周圍有 2n個人,他們兩兩握手,但沒有交叉的方案數為h(n)
11、說16個人按順序去買燒餅,其中8個人每人身上只有一張5塊錢,另外8個人每人身上只有一張10塊錢。
燒餅5塊乙個,開始時燒餅店老闆身上沒有錢。
16個顧客互相不通氣,每人只買乙個。
問這16個人共有多少種排列方法能避免找不開錢的情況出現。
h(8)=1430,所以總數=1430*8!*8!
12、在圖書館一共6個人在排隊,3個還《面試寶典》一書,3個在借《面試寶典》一書,圖書館此時沒有了面試寶典了,求他們排隊的總數?
h(3)=5;所以總數為5*3!*3!=180.
***yyy xyxxyy xyxyxy xxyyxy xxyxyy
部分內容**
Catalan數(卡特蘭數)
卡特蘭數 規定h 0 1,而h 1 1,h 2 2,h 3 5,h 4 14,h 5 42,h 6 132,h 7 429,h 8 1430,h 9 4862,h 10 16796,h 11 58786,h 12 208012,h 13 742900,h 14 2674440,h 15 969484...
Catalan數(卡特蘭數)
2012 04 12 21 08 13 標籤 卡特蘭數 原始出處 作者資訊和本宣告。否則將追究法律責任。卡特蘭數 規定h 0 1,而h 1 1,h 2 2,h 3 5,h 4 14,h 5 42,h 6 132,h 7 429,h 8 1430,h 9 4862,h 10 16796,h 11 58...
Catalan數(卡特蘭數)
卡特蘭數 規定h 0 1,而h 1 1,h 2 2,h 3 5,h 4 14,h 5 42,h 6 132,h 7 429,h 8 1430,h 9 4862,h 10 16796,h 11 58786,h 12 208012,h 13 742900,h 14 2674440,h 15 969484...