出栈序列统计

栈是一种常见的数据结构，有许多关于栈的问题，其中之一就是统计元素可能的出栈序列。具体说，就是给定n个元素，依次通过一个栈，求可能的出栈序列的个数。
如果我们用直接模拟的方法，当n较大时会很费时间；另一种方法是利用组合数学求出栈序列个数，得到公式 
        下面我们来看一种图形化的方法证明这个等式，很容易理解的。
        我们把对n个元素的n次进栈和n次出栈理解为在一个n * n的方格中向右走n次（代表进栈），向上走n次（代表出栈）。由于出栈次数不能大于进栈次数，我们可以得到这样一个方格：
        每次沿着实线走，所以，只要求出从方格左下角到右上角路径的个数即可。
        我们把表格补全，考虑每一条不合法的路径，如

        在这条路径上，必然有一个地方连续两次向上，即从图上蓝点处开始，而且这个点必然在如图所示的绿线上。我们以这个点为起点，把到左上角整条路经取反，也就是对称上去，得到一条新路径，但是超出了表格。我们知道，这条路径包括n + 1次向上和n – 1次向下，也就是在一个(n + 1) * (n - 1)的方格中。由此我们知道，一条不合法路径必然对应一个(n + 1) * (n - 1)方格中的路径。同样地，对于(n + 1) * (n - 1)方格中任意一条路径，以这条路径与绿线的第一个交点为起点到方格的右上方全部取反，即可得到一个在n * n方格中的不合法路径。
        我们通过这样的方法确定了每条不合法路径与一个(n + 1) * (n - 1)方格中路径的一一对应关系，因此，方格中不合法路径总数为C(2n, n - 1)，而所有路径总数为C(2n, n)，两式相减即为原组合等式。