【集训笔记】【大数模板】特殊的数 【Catalan数】【HDOJ1133【HDOJ1134【HDOJ1130

http://acm.zju.edu.cn/onlinejudge/showProblem.do?problemCode=3324

http://blog.csdn.net/xymscau/article/details/6776182

 #include<cstdio>
 #include<cstring>
 #include<string>
 #include<queue>
 #include<iostream>
 #include<algorithm>
 using namespace std;
 const int INF=;
 struct node{
     int x,y;
 }n[];
 bool cmp(node a,node b){
     return a.x<b.x;
 }
 int main(){
     int p,r,xmax,xmin,ymax,ymin,y[];
     while(scanf("%d%d",&p,&r)!=EOF){
         ymax=xmax=-INF;ymin=xmin=INF;
         for(int i=;i<p;i++){
             scanf("%d%d",&n[i].x,&n[i].y);
             if(ymax<n[i].y)ymax=n[i].y;
             if(ymin>n[i].y)ymin=n[i].y;
             if(xmax<n[i].x)xmax=n[i].x;
             if(xmin>n[i].x)xmin=n[i].x;
         }
         if((ymax-ymin <= r)&&(xmax-xmin <= r)){
             printf("%d\n",p);
             continue;
         }
         else{
             sort(n,n+p,cmp);
             int ans=;
             for(int i=;i<p;i++){
                 int k=;
                 for(int j=i;n[j].x <= n[i].x + r && j < p;j++)
                     y[k++]=n[j].y;
                 sort(y,y+k);
                 int count=,tem=;
                 for(int j=;j < k && tem < k;j++){
                     while(y[tem]-y[j] <= r && tem<k)
                         tem++;
                     if(count < tem-j)
                         count=tem-j;
                 }
                 if(ans < count)
                     ans=count;
             }
             printf("%d\n",ans);
         }
     }
     return ;
 }

http://blog.csdn.net/jxy859/article/details/6746254

http://blog.csdn.net/wwwzys/article/details/6746829

http://www.cnblogs.com/kuangbin/archive/2011/09/03/2165771.html

http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1134

http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1130

HDOJ 1133

是道经典的50元100元排队求组合的问题

一种看不太懂的方法：

 //F(a,b)=F(a-1,b)+F(a,b-1)
 #include<stdio.h>
 #include<string.h>
 int a[][][]={};
 int b[][]={}; //b数组里面保存的是a数组里面的元素个数
 void qiuhe(int x0,int y0,int x1,int y1,int n)//大数相加这种方法可以先学习下，否则看起来比较吃力
 {
     int i,j,k=;
     j=b[x0][y0];
     if(j<b[x1][y1])
         j=b[x1][y1];
     for(i=;i<j;i++){
        a[x0][y0][i]+=a[x1][y1][i]*n+k;
        k=a[x0][y0][i]/;//每个元素四位
        a[x0][y0][i]%=;
     }
     if(k){
         a[x0][y0][j]=k;
         b[x0][y0]=j+;
     }
     else
         b[x0][y0]=j;
 }
 void jiecheng(int n)//求大数阶乘
 {
    int i,j,k=;
    for(i=;i<b[n-][];i++){
        a[n][][i]=;
        a[n][][i]=a[n-][][i]*n+k;
        k=a[n][][i]/;
        a[n][][i]=a[n][][i]%;
    }
    if(k){
        a[n][][i]=k;
        b[n][]=i+;
    }
    else
        b[n][]=b[n-][];
 }
 int main(){
     int T=,i,j,m,n;
     a[][][]=;b[][]=;
     for(i=;i<=;i++)
         jiecheng(i);//当m=0时的排列数
     for(i=;i<=;i++)
         for(j=i;j<=;j++){
             qiuhe(j,i,j-,i,j);
             qiuhe(j,i,j,i-,i);
         }
    while(scanf("%d%d",&m,&n)!=EOF&&(m||n)){
       T++;
       printf("Test #%d:\n",T);
       printf("%d",a[m][n][b[m][n]-]);
       for(i=b[m][n]-;i>=;i--)
           printf("%4.4d",a[m][n][i]);
       printf("\n");
     }
     return ;
 }

利用大数模板AC：

 #include<iostream>
 #include<string>
 #include<iomanip>
 #include<algorithm>
 using namespace std; 

 #define MAXN 9999
 #define MAXSIZE 10
 #define DLEN 4

 class BigNum
 {
 private:
     int a[];    //可以控制大数的位数
     int len;       //大数长度
 public:
     BigNum(){ len = ;memset(a,,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 = ;
     memset(a,,sizeof(a));
     while(d > MAXN)
     {
         c = d - (d / (MAXN + )) * (MAXN + );
         d = d / (MAXN + );
         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,,sizeof(a));
     l=strlen(s);
     len=l/DLEN;
     if(l%DLEN)
         len++;
     index=;
     for(i=l-;i>=;i-=DLEN)
     {
         t=;
         k=i-DLEN+;
         if(k<)
             k=;
         for(int j=k;j<=i;j++)
             t=t*+s[j]-'';
         a[index++]=t;
     }
 }
 BigNum::BigNum(const BigNum & T) : len(T.len)  //拷贝构造函数
 {
     int i;
     memset(a,,sizeof(a));
     for(i =  ; 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,,sizeof(a));
     for(i =  ; 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*];
     int i = -;
     in>>ch;
     int l=strlen(ch);
     int count=,sum=;
     for(i=l-;i>=;)
     {
         sum = ;
         int t=;
         for(int j=;j<&&i>=;j++,i--,t*=)
         {
             sum+=(ch[i]-'')*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 - ];
     for(i = b.len -  ; i >=  ; i--)
     {
         cout.width(DLEN);
         cout.fill('');
         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 =  ; i < big ; i++)
     {
         t.a[i] +=T.a[i];
         if(t.a[i] > MAXN)
         {
             t.a[i + ]++;
             t.a[i] -=MAXN+;
         }
     }
     if(t.a[big] != )
         t.len = big + ;
     else
         t.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=;
     }
     else
     {
         t1=T;
         t2=*this;
         flag=;
     }
     big=t1.len;
     for(i =  ; i < big ; i++)
     {
         if(t1.a[i] < t2.a[i])
         {
             j = i + ;
             while(t1.a[j] == )
                 j++;
             t1.a[j--]--;
             while(j > i)
                 t1.a[j--] += MAXN;
             t1.a[i] += MAXN +  - t2.a[i];
         }
         else
             t1.a[i] -= t2.a[i];
     }
     t1.len = big;
     while(t1.a[len - ] ==  && t1.len > )
     {
         t1.len--;
         big--;
     }
     if(flag)
         t1.a[big-]=-t1.a[big-];
     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 =  ; i < len ; i++)
     {
         up = ;
         for(j =  ; j < T.len ; j++)
         {
             temp = a[i] * T.a[j] + ret.a[i + j] + up;
             if(temp > MAXN)
             {
                 temp1 = temp - temp / (MAXN + ) * (MAXN + );
                 up = temp / (MAXN + );
                 ret.a[i + j] = temp1;
             }
             else
             {
                 up = ;
                 ret.a[i + j] = temp;
             }
         }
         if(up != )
             ret.a[i + j] = up;
     }
     ret.len = i + j;
     while(ret.a[ret.len - ] ==  && ret.len > )
         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 = ;
     for(i = len -  ; i >=  ; i--)
     {
         ret.a[i] = (a[i] + down * (MAXN + )) / b;
         down = a[i] + down * (MAXN + ) - ret.a[i] * b;
     }
     ret.len = len;
     while(ret.a[ret.len - ] ==  && ret.len > )
         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=;
     for (i = len-; i>=; i--)
     {
         d = ((d * (MAXN+))% b + a[i])% b;
     }
     return d;
 }
 BigNum BigNum::operator^(const int & n) const    //大数的n次方运算
 {
     BigNum t,ret();
     int i;
     if(n<)
         exit(-);
     if(n==)
         return ;
     if(n==)
         return *this;
     int m=n;
     while(m>)
     {
         t=*this;
         for( i=;i<<<=m;i<<=)
         {
             t=t*t;
         }
         m-=i;
         ret=ret*t;
         if(m==)
             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 - ;
         while(a[ln] == T.a[ln] && ln >= )
             ln--;
         if(ln >=  && a[ln] > T.a[ln])
             return true;
         else
             return false;
     }
     else
         return 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 - ];
     for(i = len -  ; i >=  ; i--)
     {
         cout.width(DLEN);
         cout.fill('');
         cout << a[i];
     }
     cout << endl;
 }
 int main(void)
 {
     int i,n;
     BigNum x[];      //定义大数的对象数组
     x[]=;
     for(i=;i<;i++)
         x[i]=x[i-]*(*i-)/(i+);
     while(scanf("%d",&n)== && n!=-)
     {
         x[n].print();
     }
 }

维基百科资料:

卡塔兰数

卡塔兰数是组合数学中一个常出现在各种计数问题中出现的数列。由以比利时的数学家欧仁·查理·卡塔兰 (1814–1894)命名。

卡塔兰数的一般项公式为                       另类递归式：  h(n)=((4*n-2)/(n+1))*h(n-1);

前几项为 （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, 6564120420, 24466267020, 91482563640, 343059613650, 1289904147324, 4861946401452, ...

[性质]

C_n的另一个表达形式为 所以，C_n是一个自然数；这一点在先前的通项公式中并不显而易见。这个表达形式也是André对前一公式证明的基础。(见下文的第二个证明。)

卡塔兰数满足以下递推关系

它也满足

这提供了一个更快速的方法来计算卡塔兰数。

卡塔兰数的渐近增长为

它的含义是左式除以右式的商趋向于1当n → ∞。（这可以用n!的斯特灵公式来证明。）

所有的奇卡塔兰数C_n都满足n = 2^k − 1。所有其他的卡塔兰数都是偶数。

[应用]

组合数学中有非常多.的组合结构可以用卡塔兰数来计数。在Richard P. Stanley的Enumerative Combinatorics: Volume 2一书的习题中包括了66个相异的可由卡塔兰数表达的组合结构。以下用C_n=3和C_n=4举若干例：

• C_n表示长度2n的dyck word的个数。Dyck word是一个有n个X和n个Y组成的字串，且所有的部分字串皆满足X的个数大于等于Y的个数。以下为长度为6的dyck words:

XXXYYY XYXXYY XYXYXY XXYYXY XXYXYY

• 将上例的X换成左括号，Y换成右括号，C_n表示所有包含n组括号的合法运算式的个数:

((())) ()(()) ()()() (())() (()())

• C_n表示有n+1个叶子的二叉树的个数。

• C_n表示所有不同构的含n个分枝结点的满二叉树的个数。（一个有根二叉树是满的当且仅当每个结点都有两个子树或没有子树。）

证明：

令1表示进栈，0表示出栈，则可转化为求一个2n位、含n个1、n个0的二进制数，满足从左往右扫描到任意一位时，经过的0数不多于1数。显然含n个1、n个0的2n位二进制数共有个，下面考虑不满足要求的数目.

考虑一个含n个1、n个0的2n位二进制数，扫描到第2m+1位上时有m+1个0和m个1（容易证明一定存在这样的情况），则后面的0-1排列中必有n-m个1和n-m-1个0。将2m+2及其以后的部分0变成1、1变成0，则对应一个n+1个0和n-1个1的二进制数。反之亦然（相似的思路证明两者一一对应）。

从而。证毕。

• C_n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：
• 

• C_n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：

• C_n表示对{1, ..., n}依序进出栈的置换个数。一个置换w是依序进出栈的当S(w) = (1, ..., n), 其中S(w)递归定义如下：令w = unv，其中n为w的最大元素，u和v为更短的数列；再令S(w) =S(u)S(v)n，其中S为所有含一个元素的数列的单位元。

• C_n表示集合{1, ..., n}的不交叉划分的个数. 那么, C_n 永远不大于第n项贝尔数. C_n也表示集合{1, ..., 2n}的不交叉划分的个数，其中每个段落的长度为2。综合这两个结论，可以用数学归纳法证明 that all of the free cumulants of degree more than 2 of the Wigner semicircle law are zero. This law is important in free probability theory and the theory of random matrices.

• C_n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:

百度百科资料:
简介

　　中文:卡特兰数
　　Catalan数是组合数学中一个常出现在各种计数问题中出现的数列。由以比利时的数学家欧仁·查理·卡塔兰 (1814–1894)命名。
　　原理：
　　令h(0)=1,h(1)＝1,catalan数满足递归式：
　　h(n)= h(0)*h(n-1) + h(1)*h(n-2) +  + h(n-1)h(0) (其中n>=2)
　　该递推关系的解为：
　　h(n)=C(2n,n)/(n + 1) (n=1,2,3,)
       另类递归式：  h(n)=((4*n-2)/(n+1))*h(n-1);
　　
　　前几项为 （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, 6564120420, 24466267020, 91482563640, 343059613650, 1289904147324, 4861946401452, 
应用

　　我总结了一下，最典型的四类应用：（实质上却都一样，无非是递归等式的应用，就看你能不能分解问题写出递归式了）
1.括号化问题。

　　矩阵链乘： 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)种)
2.出栈次序问题。

　　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?
　　类似：
　　(1)有2n个人排成一行进入剧场。入场费5元。其中只有n个人有一张5元钞票，另外n人只有10元钞票，剧院无其它钞票，问有多少中方法使得只要有10元的人买票，售票处就有5元的钞票找零？(将持5元者到达视作将5元入栈，持10元者到达视作使栈中某5元出栈)
　　(2)在圆上选择2n个点,将这些点成对连接起来，使得所得到的n条线段不相交的方法数。
3.将多边行划分为三角形问题。

　　将一个凸多边形区域分成三角形区域的方法数?
　　类似：一位大城市的律师在她住所以北n个街区和以东n个街区处工作。每天她走2n个街区去上班。如果她
　　从不穿越（但可以碰到）从家到办公室的对角线，那么有多少条可能的道路？
　　类似：在圆上选择2n个点,将这些点成对连接起来使得所得到的n条线段不相交的方法数?
4.给顶节点组成二叉树的问题。

　　给定N个节点，能构成多少种形状不同的二叉树？
　　(一定是二叉树!
　　先去一个点作为顶点,然后左边依次可以取0至N-1个相对应的,右边是N-1到0个,两两配对相乘,就是h(0)*h(n-1) + h(2)*h(n-2) +  + h(n-1)h(0)=h(n))
　　（能构成h（N）个）