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  • BZOJ 1005 [HNOI2008] 明明的烦恼(组合数学 Purfer Sequence)

     

    题目大意

     

    自从明明学了树的结构,就对奇怪的树产生了兴趣......

    给出标号为 1 到 N 的点,以及某些点最终的度数,允许在任意两点间连线,可产生多少棵度数满足要求的树?

     

    Input

      第一行为 N(0<N<=1000),接下来 N 行,第 i+1 行给出第 i 个节点的度数 Di,如果对度数不要求,则输入 -1

    Output

      一个整数,表示不同的满足要求的树的个数,无解输出 0

     

    做法分析

     

    这题需要了解一种数列: Purfer Sequence

    我们知道,一棵树可以用括号序列来表示,但是,一棵顶点标号(1~n)的树,还可以用一个叫做 Purfer Sequence 的数列表示

    一个含有 n 个节点的 Purfer Sequence 有 n-2 个数,Purfer Sequence 中的每个数是 1~n 中的一个数

     

    一个定理:一个 Purfer Sequence 和一棵树一一对应

     

    先看看怎么由一个树得到 Purfer Sequence

    由一棵树得到它的 Purfer Sequence 总共需要 n-2 步,每一步都在当前的树中寻找具有最小标号的叶子节点(度为 1),将与其相连的点的标号设为 Purfer Sequence 的第 i 个元素,并将此叶子节点从树中删除,直到最后得到一个长度为 n-2 的 Purfer Sequence 和一个只有两个节点的树

     

    看看下面的例子:

    假设有一颗树有 5 个节点,四条边依次为:(1, 2), (1, 3), (2, 4), (2, 5),如下图所示:

    第 1 步,选取具有最小标号的叶子节点 3,将与它相连的点 1 作为第 1 个 Purfer Number,并从树中删掉节点 3:

    第 2 步,选取最小标号的叶子节点 1,将与其相连的点 2 作为第 2 个 Purfer Number,并从树中删掉点 1:

    第 3 步,选取最小标号的叶子节点 4,将与其相连的点 2 作为第 3 个 Purfer Number,并从树中删掉点 4:

    最后,我们得到的 Purfer Sequence 为:1 2 2

    不难看出,上面的步骤得到的 Purfer Sequence 具有唯一性,也就是说,一个树,只能得到一个唯一的 Purfer Sequence

     

    接下来看,怎么由一个 Purfer Sequence 得到一个树

    由 Purfer Sequence 得到一棵树,先将所有编号为 1 到 n 的点的度赋初值为 1,然后加上它在 Purfer Sequence 中出现的次数,得到每个点的度

    先执行 n-2 步,每一步,选取具有最小标号的度为 1 的点 u 与 Purfer Sequence 中的第 i 个数 v 表示的顶点相连,得到树中的一条边,并将 u 和 v 的度减一

    最后再把剩下的两个度为 1 的点连边,加入到树中

     

    我们可以根据上面的例子得到的 Purfer Sequence :1 2 2 重新得到一棵树

    Purfer Sequence 中共有 3 个数,可以知道,它表示的树中共有 5 个点,按照上面的方法计算他们的度为下表所示:

     

    顶点 1 2 3 4 5
    2 3 1 1 1

     

     

     

    第 1 次执行,选取最小标号度为 1 的点 3 和 Purfer Sequence 中的第 1 个数 1 连边:

    将 1 和 3 的度分别减一:

    顶点 1 2 3 4 5
    1 3 0 1 1

     

     

    第 2 次执行,选取最小标号度为 1 的点 1 和 Purfer Sequence 中的第 2 个数 2 连边:

    将 1 和 2 的度分别减一:

     

    顶点 1 2 3 4 5
    0 2 0 1 1

     

     

     

    第 3 次执行,将最小标号度为 1 的点 4 和 Purfer Sequence 第 3 个数 2 连边:

    将 2 和 4 的度分别减一:

     

    顶点 1 2 3 4 5
    0 1 0 0 1

     

     

     

    最后,还剩下两个点 2 和 5 的度为 1,连边:

    至此,一个 Purfer Sequence 得到的树画出来了,由上面的步骤可知,Purfer Sequence 和一个树唯一对应

    综上,一个 Purfer Sequence 和一棵树一一对应

    有了 Purfer Sequence 的知识,这题怎么搞定呢?

    先不考虑无解的情况,从 Purfer Sequence 构造树的过程中可知,一个点的度数减一表示它在 Purfer Sequence 中出现了几次,那么:

    假设度数有限制的点的数量为 cnt,他们的度数分别为:d[i]

    另:

     

    那么,在 Purfer Sequence 中的不同排列的总数为:

    而剩下的 n-2-sum 个位置,可以随意的排列剩余的 n-cnt 个点,于是,总的方案数就应该是:

    化简之后为:

    在有解的情况下,计算该结果输出就行了

    无解的情况非常好确定,这里就再讨论了

     

    参考代码

     1 import java.util.*;
     2 import java.math.*;
     3 
     4 public class Main {
     5     static int n, d[]=new int[10002];
     6     static BigInteger p[]=new BigInteger[1002];
     7     static BigInteger ans;
     8     
     9     static public void main(String args[]) {
    10         Scanner IN=new Scanner(System.in);
    11         n=IN.nextInt();
    12         int sum=0, flag=0, cnt=0;
    13         for(int i=0; i<n; i++) {
    14             d[i]=IN.nextInt();
    15             if(d[i]==0 || d[i]>n-1) flag=1;
    16             if(d[i]==-1) continue;
    17             sum+=d[i]-1;
    18             cnt++;
    19         }
    20         IN.close();
    21         if(n==1) {
    22             if(d[0]==0 || d[0]==-1) System.out.println(1);
    23             else System.out.println(0);
    24             return;
    25         }
    26         if(n==2) {
    27             if((d[0]==-1 || d[0]==1) && (d[1]==-1 || d[1]==-1)) System.out.println(1);
    28             else System.out.println(0);
    29             return;
    30         }
    31         if(flag==1) System.out.println(0);
    32         p[0]=BigInteger.ONE;
    33         for(int i=1; i<=n; i++) p[i]=p[i-1].multiply(BigInteger.valueOf(i));
    34         ans=p[n-2].divide(p[n-2-sum]);
    35         for(int i=0; i<n; i++) {
    36             if(d[i]==-1) continue;
    37             ans=ans.divide(p[d[i]-1]);
    38         }
    39         for(int i=0; i<n-2-sum; i++) ans=ans.multiply(BigInteger.valueOf(n-cnt)); 
    40         System.out.println(ans);
    41     }
    42 }
    BZOJ 1005

    题目链接 & AC 通道

     

    BZOJ 1005 [HNOI2008] 明明的烦恼

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