组合数学基础(卡特兰数)

发布时间 2023-04-14 17:45:40作者: 回忆、少年

引例1、(姐妹洗碗问题)

思考过程:

横坐标表示姐姐洗完的碗的个数,纵坐标表示妹妹摞碗的个数,前提条件为妹妹摞碗的个数不能超过姐姐洗完的碗的个数,要求摞法的方案数实际上是求从坐标(0,0)到坐标(5,5)的所有满足条件的路径数。

引例2、(进出栈问题)

思考过程:

本质上和姐妹洗碗问题一致,都是求方案数,且前提条件都是同种前提条件,即出栈的个数不能超过栈中存在的数的个数。

引例3、(找零问题)

思考过程:

本质上和姐妹洗碗问题一致,都是求方案数,且前提条件都是同种前提条件,即当前持有10元纸币排队的人数不能超过当前持有5元纸币排队的人数。

卡特兰序列通式分析

分析3的初始条件为f(0)=1,f(1)=1.

例题1:

例题2:

思路:将左括号看成1,右括号看成-1,由于左右括号要匹配,即数量要求相同,且当前右括号数量不能超过当前已经放好的左括号数量,故满足卡特兰数,即求上述方案数只需要算长度为n+1个数需要添加的括号数对n,则方案数为卡特兰数第n项。

例题3:

求解n个非叶子结点的二叉树总共有多少种?

思路:将每个非叶子结点看成它的左右结点的结合,而n个非叶子结点的二叉树的总数即为根节点的所有结合方案数,即为例题2中括号的放置方案,即卡特兰数的第n项。

例题4:

思路:将该题转换为例题3二叉树,以a0边所在的区域作为根节点,每经过一条边,形成一个叶子结点或非叶子结点,如果线超出凸多边形,则形成的是叶子结点,否则形成的是非叶子结点,实际上只需要求出凸多边形的非叶子结点数n,则答案即为卡特兰数的第n项。

1.递推法:

2.分析法:

3.公式法:

例题5: