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
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 4

class 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;
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=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];
}
else
t1.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;
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 - 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
.print();
}
return 0;
}