Chapter-7 CombinatorialMathematics 第7章 组合数学 - Catalan 卡特兰数

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2023-12-01

问题

卡特兰数(又称卡塔兰数)是组合数学中常见的数列,在计算凸多边形面积划分和棋盘路径、以及进出栈方法数中具有很多应用。

卡特兰数 C_{n} 满足以下递推关系:

$$

f(n) = frac{1}{n + 1}(
begin{cases}
2 times n
n
end{cases}
) & 其中(n ge 0)

$$

卡特兰数可以解决的问题:

计算n+2条边的凸多边形中划分三角形的个数
在此模型中,选取任意的两条边为基点,在剩余的n条边中,可知是
两部分的卷积公式 Cn=sum(Ci*C(n-i)) 0<i<n

计算网格中的路径方案数:
在n*n的网格中,求从左下角到右上角的路径的方案数,
要求不能穿过对角线
这个问题可以转换成第三中模型

进出栈的问题:
设有n个1和n个-1随机组合,在其中添加括号,是的每个括号中的值
都不为负数,也就是一类dyck word数的计算

dyck word数:是一个有n个X和n个Y组成的字串,且所有部分的字串
满足x的个数不小于y的个数,一下为5中情况(n=3)
XXXYYY XYXXYY XYXYXY XXYYXY XXYXYY
将上述X换成左括号,Y换成右括号,Cn表示组合式算法个数C3=5.

求出 n 的卡特兰数 f(n)

解法

include

include

include

using namespace std;

void catalan(int*a,int b) //求卡特兰数
{
int i,j,len,carry,temp;
a[1][0]=b[1]=1;
len=1;
for(i=2;i<=100;i++)
{
for(j=0;j=0;j—) //除法
{
temp=carry*10+a[i][j];
a[i][j]=temp/(i+1);
carry=temp%(i+1);
}
while(!a[i][len-1]) //高位零处理
len—;
b[i]=len;
}
}