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  • 区域赛系列一多边形划分(卡特兰数)

    区域赛系列一多边形划分

    时间限制:1000 ms  |  内存限制:65535 KB
    难度:2
     
    描述

    Give you a convex(凸边形), diagonal n-3 disjoint divided into n-2 triangles(直线), for different number of methods, such as n=5, there are 5 kinds of partition method, as shown in Figure

     

     
    输入
    The first line of the input is a n (1<=n<=1000), expressed n data set. The next n lines each behavior an integer m (3<=m<=18), namely the convex edges.
    输出
    For each give m,, output how many classification methods. example output: Case #a : b
    样例输入
    3
    3
    4
    5
    样例输出
    Case #1 : 1
    Case #2 : 2
    Case #3 : 5

    卡特兰数:

    卡塔兰数组合数学中一个常出现在各种计数问题中出现的数列。由以比利时的数学家欧仁·查理·卡塔兰 (18141894)命名。

    卡塔兰数的一般项公式为 C_n = frac{1}{n+1}{2n choose n} = frac{(2n)!}{(n+1)!n!}                      另类递归式:  h(n)=((4*n-2)/(n+1))*h(n-1);

    前几项为 (OEIS中的数列A000108): 1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, 429, 1430, 4862, 16796, 58786, 208012, 742900, 2674440, 9694845, 35357670, 129644790, 477638700, 1767263190, 6564120420, 24466267020, 91482563640, 343059613650, 1289904147324, 4861946401452, ...

    令h(0)=1,h(1)=1,catalan数满足递归式:
      h(n)= h(0)*h(n-1) + h(1)*h(n-2) +  + h(n-1)h(0) (其中n>=2)

     另类递归式:  h(n)=((4*n-2)/(n+1))*h(n-1);

    最典型的四类应用:(实质上却都一样,无非是递归等式的应用,就看你能不能分解问题写出递归式了)
    1.括号化问题。

      矩阵链乘: P=a1×a2×a3×……×an,依据乘法结合律,不改变其顺序,只用括号表示成对的乘积,试问有几种括号化的方案?(h(n)种)
    2.出栈次序问题。

      一个栈(无穷大)的进栈序列为1,2,3,..n,有多少个不同的出栈序列?
      类似:
      (1)有2n个人排成一行进入剧场。入场费5元。其中只有n个人有一张5元钞票,另外n人只有10元钞票,剧院无其它钞票,问有多少中方法使得只要有10元的人买票,售票处就有5元的钞票找零?(将持5元者到达视作将5元入栈,持10元者到达视作使栈中某5元出栈)
      (2)在圆上选择2n个点,将这些点成对连接起来,使得所得到的n条线段不相交的方法数。
    3.将多边行划分为三角形问题。

      将一个凸多边形区域分成三角形区域的方法数?
      类似:一位大城市的律师在她住所以北n个街区和以东n个街区处工作。每天她走2n个街区去上班。如果她
      从不穿越(但可以碰到)从家到办公室的对角线,那么有多少条可能的道路?
      类似:在圆上选择2n个点,将这些点成对连接起来使得所得到的n条线段不相交的方法数?
    4.给顶节点组成二叉树的问题。

      给定N个节点,能构成多少种形状不同的二叉树?
      (一定是二叉树!
      先去一个点作为顶点,然后左边依次可以取0至N-1个相对应的,右边是N-1到0个,两两配对相乘,就是h(0)*h(n-1) + h(2)*h(n-2) +  + h(n-1)h(0)=h(n))
      (能构成h(N)个)

    5,问题描述:
    12个高矮不同的人,排成两排,每排必须是从矮到高排列,而且第二排比对应的第一排的人高,问排列方式有多少种?

    我们先把这12个人从低到高排列,然后,选择6个人排在第一排,那么剩下的6个肯定是在第二排.
    用0表示对应的人在第一排,用1表示对应的人在第二排,那么含有6个0,6个1的序列,就对应一种方案.
    比如000000111111就对应着
    第一排:0 1 2 3 4 5
    第二排:6 7 8 9 10 11
    010101010101就对应着
    第一排:0 2 4 6 8 10
    第二排:1 3 5 7 9 11
    问题转换为,这样的满足条件的01序列有多少个。
    观察1的出现,我们考虑这一个出现能不能放在第二排,显然,在这个1之前出现的那些0,1对应的人
    要么是在这个1左边,要么是在这个1前面。而肯定要有一个0的,在这个1前面,统计在这个1之前的0和1的个数。
    也就是要求,0的个数大于1的个数。
    OK,问题已经解决。
    如果把0看成入栈操作,1看成出栈操作,就是说给定6个元素,合法的入栈出栈序列有多少个。
    这就是catalan数,这里只是用于栈,等价地描述还有,二叉树的枚举、多边形分成三角形的个数、圆括弧插入公式中的方法数,其通项是c(2n, n)/(n+1)。

    代码:

     1 /****c(n,2n)/(n+1)****/
     2 /*#include<iostream>
     3 #include<cstdio>
     4 #include<cstring>
     5 #include<cmath>
     6 #include<algorithm>
     7 using namespace std;
     8 typedef long long LL;
     9 LL fac(int x){
    10     LL area=1;
    11     for(int i=1;i<=x;i++)area*=i;
    12     return area;
    13 }
    14 int main(){
    15     int T,flot=0;
    16     LL n;
    17     scanf("%d",&T);
    18     while(T--){
    19         scanf("%lld",&n);
    20         n-=2;
    21         printf("Case #%d : %lld
    ",++flot,fac(2*n)/fac(n)/fac(n+1));
    22     }
    23     return 0;
    24 }*/
    25 #include<iostream>
    26 #include<cstdio>
    27 #include<cstring>
    28 #include<cmath>
    29 #include<algorithm>
    30 using namespace std;
    31 typedef long long LL;
    32 LL m[20];
    33 int main(){
    34     int T,flot=0;
    35     LL n;
    36     scanf("%d",&T);
    37     m[1]=1;m[2]=2;
    38     m[0]=1;
    39     int t;
    40     for(int i=3;i<=18;i++){
    41         m[i]=0;
    42         t=i-1;
    43         for(int j=0;j<i;j++){
    44             m[i]+=m[j]*m[t--];
    45         }
    46     }
    47     while(T--){
    48         scanf("%lld",&n);n-=2;
    49         printf("Case #%d : %lld
    ",++flot,m[n]);
    50     }
    51     return 0;
    52 }
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