出棧次序問題 卡特蘭屬的另一種理解

2021-06-18 06:37:27 字數 835 閱讀 8040

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出棧次序問題。

乙個棧(無窮大)的進棧序列為1,2,3,..n,有多少個不同的出棧序列? 

分析:對於每乙個數來說,必須進棧一次、出棧一次。我們把進棧設為狀態『1』,出棧設為狀態『0』。n個數的所有狀態對應n個1和n個0組成的2n位二進位制數。由於等待入棧的運算元按照1‥n的順序排列、入棧的運算元b大於等於出棧的運算元a(a≤b),因此輸出序列的總數目=由左而右掃瞄由n個1和n個0組成的2n位二進位制數,1的累計數不小於0的累計數的方案種數。 

在2n位二進位制數中填入n個1的方案數為c(2n,n),不填1的其餘n位自動填0。從中減去不符合要求(由左而右掃瞄,0的累計數大於1的累計數)的方案數即為所求。 

不符合要求的數的特徵是由左而右掃瞄時,必然在某一奇數字2m+1位上首先出現m+1個0的累計數和m個1的累計數,此後的2(n-m)-1位上有n-m個 1和n-m-1個0。如若把後面這2(n-m)-1位上的0和1互換,使之成為n-m個0和n-m-1個1,結果得1個由n+1個0和n-1個1組成的2n位數,即乙個不合要求的數對應於乙個由n+1個0和n-1個1組成的排列。 

反過來,任何乙個由n+1個0和n-1個1組成的2n位二進位制數,由於0的個數多2個,2n為偶數,故必在某乙個奇數字上出現0的累計數超過1的累計數。同樣在後面部分0和1互換,使之成為由n個0和n個1組成的2n位數,即n+1個0和n-1個1組成的2n位數必對應乙個不符合要求的數。 

因而不合要求的2n位數與n+1個0,n-1個1組成的排列一一對應。 

顯然,不符合要求的方案數為c(2n,n+1)。由此得出 輸出序列的總數目=c(2n,n)-c(2n,n+1)=1/(n+1)*c(2n,n)

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