组合数学之母函数一(卡特兰数)

组合数学 排列组合问题 卡特兰数 母函数 1.排列组合 2.抽屉原理 容斥原理 错排问题 3.卡特兰数 4.母函数 多重集的排列组合 分拆数/整数拆分 斐波那契数 斯特林数 贝尔数 伯努利数 康托展开 Polya计数 排列 从n个不同元素中取出r(r≤n)个元素的所有排列的个数 组合 从n个不同元素中取出r(r≤n)个元素的所有组合的个数 二项式定理 在ACM竞赛中,我们常常需要计算 方法一 打表 时间复杂度 O(N*M) for(int i=0;i<=n;i++){ c[i][0]=c[i][i]=1; for(int j=1;j 阅读详情
  1. 卡特兰数公式:
    这里写图片描述
    2.一个栈(无穷大)的进栈序列为1,2,3,… ,n,有多少个不同出栈序列?
    分析:
    (1)对于每个数来说,必须进栈一次,出栈一次。我们把进栈设为状态“1”,出栈设为状态“0”。n个数的所有状态对应n个1和n个0组成的2n位二进制数。由于等待入栈的操作数按照1,…,n的顺序排列,入栈的操作数b大于等于出栈的操作数a(a<=b),因此输出序列的总数目等于由左到右扫描有n个1和n个0组成的2n位二进制数,1的累计数不小于0的累计数的方案种数。

下面是图解:
这里写图片描述
不可能存在栈底的元素已经出栈了,但是栈顶的还没出来。所以从左到右扫描1的累计数一定不小于0的累计数。

(2)在2n位二进制数中填入n个1的方案数为C(2n,n),不填1的其余n位自动填0。从中减去不符合要求(从左到右扫描,0的累计数大于1的累计数)的方案数即为所求。
不符合要求的数的特征是从左到右扫描时,必然在某一个奇数位2m+1位上首先出现m+1个-的累计数和m个1的累计数,此后的2(n-m)-1位上有n-m个1和n-m-1个0。如若把后面这个2(n-m-1)-1位上的0和1互换,使之成为n-m个0和n-m-1个1,结果的1个有n+1个0和n-1个1组成的2n位数,即一个不合要求的数对应于一个有n+1个0和n-1个1组成的排列。

(3)反过来,任何一个由n+1个0和n-1个1组成的2n位二进制数,由于0的个数多余2个,2n为偶数,故必在某一个奇数位上出现0的累计数超过1的累计数。同样在后面部分0和1互换,使之成为由n+1个0和n-1个1组成的2n位数,即n+1个0和n-1个1组成的2n位数必对应一个不符合要求的数。
因为不符合要求的2n位数与n+1个0,n-1个1组成的排列一一对应。
显然不符合要求的方案数为C(2n,n+1)。由此得出输出序列的总数目为:
C(2n,n)-C(2n,n+1)=C(2n,n)/(n+1)
等量关系证明:
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应用题目:
hdu 1023 火车进站问题:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1023

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