[卡特兰数]

Catalan数

还记2016年的那道选择题被安排到了55级的数学学案上的01规范数列:

定义“规范\(01\)数列”\({a_n}\)如下:\({a_n}\)共有\(2m\)项,其中\(m\)项为\(0\)\(m\)项为\(1\),且对任意\(k≤2m\)\(a_1\)\(a_2\),…,\(a_k\)中0的个数不少于1的个数,若\(m=4\),则不同的“规范\(01\)数列”共有多少个()

\(A、18\) \(B、16\) \(C、14\) \(D、12\)

又记清华测试2021年一月的填空

现将大小形状相同的4个黑色球和4个红色球排成一排,从左边第一个球开始数,不管数几个球,黑球数不少于红球数的排法有___种

作为做过这题三次起步的小F,当然直接秒了这个题。(当然事后被小x谴责了...)

但当时只知道它是卡特兰数并知道它的公式是\(C^n_{2n}-C^{n+1}_{2n}\),但并不知道是怎么证明的,但现在小F知道了!2021.1.29

Catalan数

1 定义:由\(n\)\(1\)\(n\)\(0\)组成的有\(2n\)个数的数,且从左到右\(0\)的累计数不小于\(1\)的累计数的方案种数

2 分析一下该问题可等价于求从\(A\)点到\(B\)点不超过红线(可接触)的最短路径数量,把向右走看成\(0\),把向上走看成\(1\),超过红线说明1向上走的多了,即为\(1\)的个数多于\(0\)的个数了。

3 题目相当于求从\((0,0)\)走到\((n,n)\)且不跨越直线\(y=x\)的方案数。首先,如果不考虑不能跨越直线\(y=x\)的要求,相当于从\(2n\)步中选\(n\)步向右走,选\(n\)步向上走,则方案数为\(C^n_{2n}\)。然后,考虑对于一种不合法的方案,一定在若干步后有一步越过了\(y=x\)到了\(y=x+1\),这个点在直线\(y=x+1\) (即下图中红色的线) 上。那么把第一次碰到该直线以后的部分关于该直线对称,则最终到达的点是\((n−1,n+1)\) (如下图) 。

所以不合法的方案数即为从\((0,0)\)\((n-1,n+1)\)要向上走\(n+1\)步所以即为\(C^{n+1}_{2n}\)

结论:所以合法的方案数即为\(C^n_{2n}-C^{n+1}_{2n}\)

小F又得到了提升。

posted @ 2021-01-29 21:01  风丨铃  阅读(296)  评论(0编辑  收藏  举报