HDU2.2.7 Train Problem II

就是一个卡特兰数的问题，而且出题者比较坏，数据给的很大，所以必须用C++的高精度，或者直接用JAVA自带的BigInteger类型，但由于自己用不来java，所以只好用高精度了。

关于卡特兰数，有以下递推：

令h(0)=1,h(1)=1，catalan数满足递推式：

h(n)= h(0)*h(n-1)+h(1)*h(n-2) + ... + h(n-1)h(0) (n>=2)

例如：h(2)=h(0)*h(1)+h(1)*h(0)=1*1+1*1=2

h(3)=h(0)*h(2)+h(1)*h(1)+h(2)*h(0)=1*2+1*1+2*1=5

这个递推关系还是用这道题来理解比较好懂，比如假设第k辆车是最后出栈的，那么第1到第k-1辆车必然先出栈，并且k+1到第n辆车也是在k号车之前出栈，而且这两部分出栈的方式互相独立，假设n辆车有h[n]种方法，那么1到k-1号车就有h[k-1]种方法，k+1到n号车有h[n-k]种方法，那么乘起来就是h[k-1]*h[n-k]，再把k从1到n的所有情况累加一下，即可得到递推关系。

 

另类递推式：

h(n)=h(n-1)*(4*n-2)/(n+1);

递推关系的解为：

h(n)=C(2n,n)/(n+1) (n=0,1,2,...)

递推关系的另类解为：

h(n)=c(2n,n)-c(2n,n-1)(n=0,1,2,...)

 

关于卡特兰数的应用：

 

括号化

矩阵连乘： 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-1)种)

 

出栈次序

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?

 

凸多边形三角划分

在一个凸多边形中，通过若干条互不相交的对角线，把这个多边形划分成了若干个三角形。任务是键盘上输入凸多边形的边数n，求不同划分的方案数f（n）。比如当n=6时，f（6）=14。

 

给定节点组成二叉树

给定N个节点，能构成多少种不同的二叉树？

（能构成h（N）个）

（这个公式的下标是从h(0)=1开始的）

 

 

在这道题中，可以知道h[1]=1，接下来就用h(n)=h(n-1)*(4*n-2)/(n+1);这个公式推导后面的项即可

高精度直接偷懒上网找了个模板，但是自己也花了一个小时重写了一遍，除了大数乘法没有写出来，其他的感觉还是比较好理解的

AC代码如下：

#include<iostream> #include<string> #include<iomanip> #include<algorithm> #include<cstring>using namespace std; #define MAXN 9999#define MAXSIZE 10#define DLEN 4class BigNum{ private: int a[500];    //可以控制大数的位数 int len;       //大数长度public: BigNum(){ len = 1;memset(a,0,sizeof(a)); }   //构造函数BigNum(const int);       //将一个int类型的变量转化为大数BigNum(const char*);     //将一个字符串类型的变量转化为大数BigNum(const BigNum &);  //拷贝构造函数BigNum &operator=(const BigNum &);   //重载赋值运算符，大数之间进行赋值运算friend istream& operator>>(istream&,  BigNum&);   //重载输入运算符friend ostream& operator<<(ostream&,  BigNum&);   //重载输出运算符BigNum operator+(const BigNum &) const;   //重载加法运算符，两个大数之间的相加运算 BigNum operator-(const BigNum &) const;   //重载减法运算符，两个大数之间的相减运算 BigNum operator*(const BigNum &) const;   //重载乘法运算符，两个大数之间的相乘运算 BigNum operator/(const int   &) const;    //重载除法运算符，大数对一个整数进行相除运算BigNum operator^(const int  &) const;    //大数的n次方运算int    operator%(const int  &) const;    //大数对一个int类型的变量进行取模运算    bool   operator>(const BigNum & T)const;   //大数和另一个大数的大小比较bool   operator>(const int & t)const;      //大数和一个int类型的变量的大小比较void print();       //输出大数}; BigNum::BigNum(const int b)     //将一个int类型的变量转化为大数{ int c,d = b;len = 0;memset(a,0,sizeof(a));while(d > MAXN){c = d - (d / (MAXN + 1)) * (MAXN + 1); d = d / (MAXN + 1);a[len++] = c;}a[len++] = d;}BigNum::BigNum(const char*s)     //将一个字符串类型的变量转化为大数{int t,k,index,l,i;memset(a,0,sizeof(a));l=strlen(s);   len=l/DLEN;if(l%DLEN)len++;index=0;for(i=l-1;i>=0;i-=DLEN){t=0;k=i-DLEN+1;if(k<0)k=0;for(int j=k;j<=i;j++)t=t*10+s[j]-'0';a[index++]=t;}}BigNum::BigNum(const BigNum & T) : len(T.len)  //拷贝构造函数{ int i; memset(a,0,sizeof(a)); for(i = 0 ; i < len ; i++)a[i] = T.a[i]; } BigNum & BigNum::operator=(const BigNum & n)   //重载赋值运算符，大数之间进行赋值运算{int i;len = n.len;memset(a,0,sizeof(a)); for(i = 0 ; i < len ; i++) a[i] = n.a[i]; return *this; }istream& operator>>(istream & in,  BigNum & b)   //重载输入运算符{char ch[MAXSIZE*4];int i = -1;in>>ch;int l=strlen(ch);int count=0,sum=0;for(i=l-1;i>=0;){sum = 0;int t=1;for(int j=0;j<4&&i>=0;j++,i--,t*=10){sum+=(ch[i]-'0')*t;}b.a[count]=sum;count++;}b.len =count++;return in;}ostream& operator<<(ostream& out,  BigNum& b)   //重载输出运算符{int i;  cout << b.a[b.len - 1]; for(i = b.len - 2 ; i >= 0 ; i--){ cout.width(DLEN); cout.fill('0'); cout << b.a[i]; } return out;}BigNum BigNum::operator+(const BigNum & T) const   //两个大数之间的相加运算{BigNum t(*this);int i,big;      //位数   big = T.len > len ? T.len : len; for(i = 0 ; i < big ; i++) { t.a[i] +=T.a[i]; if(t.a[i] > MAXN) { t.a[i + 1]++; t.a[i] -=MAXN+1; } } if(t.a[big] != 0)t.len = big + 1; elset.len = big;   return t;}BigNum BigNum::operator-(const BigNum & T) const   //两个大数之间的相减运算 {  int i,j,big;bool flag;BigNum t1,t2;if(*this>T){t1=*this;t2=T;flag=0;}else{t1=T;t2=*this;flag=1;}big=t1.len;for(i = 0 ; i < big ; i++){if(t1.a[i] < t2.a[i]){ j = i + 1; while(t1.a[j] == 0)j++; t1.a[j--]--; while(j > i)t1.a[j--] += MAXN;t1.a[i] += MAXN + 1 - t2.a[i]; } elset1.a[i] -= t2.a[i];}t1.len = big;while(t1.a[t1.len - 1] == 0 && t1.len > 1){t1.len--; big--;}if(flag)t1.a[big-1]=0-t1.a[big-1];return t1; } BigNum BigNum::operator*(const BigNum & T) const   //两个大数之间的相乘运算 { BigNum ret; int i,j,up; int temp,temp1;   for(i = 0 ; i < len ; i++){ up = 0; for(j = 0 ; j < T.len ; j++){ temp = a[i] * T.a[j] + ret.a[i + j] + up; if(temp > MAXN){ temp1 = temp - temp / (MAXN + 1) * (MAXN + 1); up = temp / (MAXN + 1); ret.a[i + j] = temp1; } else{ up = 0; ret.a[i + j] = temp; } } if(up != 0) ret.a[i + j] = up; } ret.len = i + j; while(ret.a[ret.len - 1] == 0 && ret.len > 1)ret.len--; return ret; } BigNum BigNum::operator/(const int & b) const   //大数对一个整数进行相除运算{ BigNum ret; int i,down = 0;   for(i = len - 1 ; i >= 0 ; i--){ ret.a[i] = (a[i] + down * (MAXN + 1)) / b; down = a[i] + down * (MAXN + 1) - ret.a[i] * b; } ret.len = len; while(ret.a[ret.len - 1] == 0 && ret.len > 1)ret.len--; return ret; }int BigNum::operator %(const int & b) const    //大数对一个int类型的变量进行取模运算    {int i,d=0;for (i = len-1; i>=0; i--){d = ((d * (MAXN+1))% b + a[i])% b;  }return d;}BigNum BigNum::operator^(const int & n) const    //大数的n次方运算{BigNum t,ret(1);int i;if(n<0)exit(-1);if(n==0)return 1;if(n==1)return *this;int m=n;while(m>1){t=*this;for( i=1;i<<1<=m;i<<=1){t=t*t;}m-=i;ret=ret*t;if(m==1)ret=ret*(*this);}return ret;}bool BigNum::operator>(const BigNum & T) const   //大数和另一个大数的大小比较{ int ln; if(len > T.len)return true; else if(len == T.len){ ln = len - 1; while(a[ln] == T.a[ln] && ln >= 0)ln--; if(ln >= 0 && a[ln] > T.a[ln])return true; elsereturn false; } elsereturn false; }bool BigNum::operator >(const int & t) const    //大数和一个int类型的变量的大小比较{BigNum b(t);return *this>b;}void BigNum::print()    //输出大数{ int i;   cout << a[len - 1]; for(i = len - 2 ; i >= 0 ; i--){ cout.width(DLEN); cout.fill('0'); cout << a[i]; } cout << endl;}int main(){int n;BigNum H[101];H[0]=BigNum(1);H[1]=BigNum(1);for(int i=2;i<=100;i++)H[i]=H[i-1]*BigNum(4*i-2)/(i+1); while(scanf("%d",&n)!=EOF){H[n].print();}return 0;}