卡特兰序列

本文介绍了卡特兰数的定义及其在组合数学中的应用,并通过一个具体例题详细推导了卡特兰数的计算公式。此外,文章还讨论了卡特兰数与数据结构中栈混洗的关系。

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在学习到数据结构-栈的时候,遇到栈的栈混洗情况,对于栈中n个元素,存在的情况为Catalan数

在组合数学中发现卡特兰数是怎么来的:
首先看一个题目:
对于n个-1和n个+1组成的2n个序列,a1,a2,….,a2n;
满足其部分和:
a1+a2+a3+…ak>=0(k=1,2,….,2n)
满足这样的序列的个数就等于第n个Catalan数
Cn=(2nn)n+1
(n 0)
证明:如果满足n个+1和n个-1的序列,我们称之为可接受的,反之为不可接受的,满足上述序列的个数分别记为An,Un,则
An+Un=(2nn)
只要算出Un,An自然就得到了;
考虑n个+1和n个-1的不可接受序列,存在一个最小K使得部分和
a1+a2+a3+...+ak是负的,因为k最小,所以在ak前面存在的相等的+1和-1,且有
a1+a2+a(k1)=0
ak=-1;
所以k是一个奇整数,把前k项符号反过来,后面的余项保持不变,则有(n+1)个+1,(n-1)个-1
这个过程可逆,当存在+1的个数超过-1的个数的时候的第一个实例;将+1和-1对调(总共2n个),结果就得到n个+1和n个-1的序列,也即是不可接受序列。这样,有多少(n+1)个+1和(n-1)个-1序列就有多少个不可接受序列。
则Un=(2nn+1),
于是An=(2nn)-(2nn+1)=(2nn)n+1

以上就是catalan数的一个定理。

后面通过拟catalan数就可以和栈混洗对应起来,后面有空再补充;

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