n个元素进栈,共有多少种出栈顺序?
近日在复习数据结构,看到栈的时候,发现1个元素进栈,有1种出栈顺序;2个元素进栈,有2种出栈顺序;3个元素进栈,有5种出栈顺序,那么一个很自然地问题就是n个元素进栈,共有多少种出栈顺序?
说来惭愧,以前学数据结构的时候竟然没有考虑过这个问题。最近在看动态规划,所以“子问题”这3个字一直在我脑中徘徊,于是解决这个问题的时候我也是用类似“子问题”的方法,说白了就是递推公式。
我们把n个元素的出栈个数的记为f(n), 那么对于1,2,3, 我们很容易得出:
f(1) = 1
f(2) = 2
f(3) = 5
然后我们来考虑f(4), 我们给4个元素编号为1,2,3,4, 那么考虑:元素1只可能出现在1号位置,2号位置,3号位置和4号位置(很容易理解,一共就4个位置,比如1234,元素1就在1号位置)。
分析:
1) 如果元素1在1号位置,那么只可能1进栈,马上出栈,此时还剩元素2、3、4等待操作,就是子问题f(3);
2) 如果元素1在2号位置,那么一定有一个元素比1先出栈,即有f(1)种可能顺序(只能是2),还剩3、4,即f(2), 根据排列组合,一共的顺序个数为f(1) * f(2);
3) 如果元素1在3号位置,那么一定有两个元素比1先出栈,即有f(2)种可能顺序(只能是2、3),还剩4,即f(1),
根据排列组合,一共的顺序个数为f(2) * f(1);
4) 如果元素1在4号位置,那么一定是1先进站,最后出栈,那么元素2、3、4的出栈顺序即是此小问题的解,即 f(3);
结合所有情况,即f(4) = f(3) + f(2) * f(1) + f(1) * f(2) + f(3);
为了规整化,我们定义f(0) = 1;于是f(4)可以重新写为:
f(4) = f(0)*f(3) + f(1)*f(2) + f(2) * f(1) + f(3)*f(0)
然后我们推广到n,推广思路和n=4时完全一样,于是我们可以得到:
f(n) = f(0)*f(n-1) + f(1)*f(n-1) + ... + f(n-1)*f(0)
即