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  • 【数学:卡特兰数】总结

    其实之前就研究了一下卡特兰数 只是因为不知道怎么了就突然忘记继续搞下去了


    听了刘老师的卡特兰数后 还是认真写个总结吧


    一:卡特兰数的前几个数


    为了以后能即使发现是卡特兰数 贴 几个卡特兰数的前几个数

    前20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

    二:卡特兰数的一般公式运用


    1.

    C_n = {2n choose n} - {2n choose n + 1} = frac{1}{n+1}{2n choose n}


    2.

    C_0 = 1 quad mbox{and} quad C_{n+1}=sum_{i=0}^{n}C_i\,C_{n-i}quadmbox{for }nge 0.


    3.

    C_0 = 1 quad mbox{and} quad C_{n+1}=frac{2(2n+1)}{n+2}C_n,


    公式一

    对于 1 先从一个题目看看这个公式如何来的

    习题一.考虑由n个+1和n个-1构成的2n项序列a1,a2,a3,....a2n

    其部分和总满足 a1+a2+a3+..ak>=0 (k=1,2,3,....2n)

    证明这样的序列满足卡特兰数.


    证明如下(组合数学教科书上的):巧妙的运用了一组等价变幻




    对于公式2


    可以考虑这个题目



    • Cn表示通过连结顶点而将n + 2边的凸多边形分成三角形的方法个数。下图中为n = 4的情况:
    Catalan-Hexagons-example.svg



    公式3待定



    公式4:



    由这个题可以知另一个好公式


    • Cn表示所有在n × n格点中不越过对角线的单调路径的个数。一个单调路径从格点左下角出发,在格点右上角结束,每一步均为向上或向右。计算这种路径的个数等价于计算Dyck word的个数:X代表“向右”,Y代表“向上”。下图为n = 4的情况:
    Catalan number 4x4 grid example.svg


    其实还有另外一个方便计算的公式

    C(m,n)=C(m-1,n)+C(m,n-1);  若(m<n) 则C(m,n)=0

    而C(n,n) 即为 n的卡特兰数


    题目链接:

    http://blog.csdn.net/zy691357966/article/details/40514945


    再考虑一些不容易看出来的卡特兰数题目(那种显而易见的就不贴了)

    1.

    • Cn表示有n个节点组成不同构二叉树的方案数。下图中,n等于3,圆形表示节点,月牙形表示什么都没有。
    • Cn表示有2n+1个节点组成不同构满二叉树(full binary tree)的方案数。下图中,n等于3,圆形表示内部节点,月牙形表示外部节点。本质同上。
    Catalan number binary tree example.png
     公式2卡特兰数理念(子问题合并)


    2.

    • Cn表示用n个长方形填充一个高度为n的阶梯状图形的方法个数。下图为n = 4的情况:
    Catalan stairsteps 4.svg

    不知道怎么证

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