Python栈的应用:卡特兰数的计算

2023-04-10 00:00:00 python 计算 卡特

卡特兰数是组合数学中的一个重要概念,可用于计算许多组合问题,如:递归序列、匹配括号、二叉树个数等。

卡特兰数的定义如下:
设h(0)=1,h(n)=C(2n,n)/(n+1),n≥1,其前几项为:1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, ....

我们可以使用栈来计算卡特兰数,具体实现如下:

# 计算卡特兰数
def catalan(n):
    stack = []
    # 将h(0)放入栈中
    stack.append(1)
    # 从h(1)开始循环计算
    for i in range(1, n + 1):
        # 计算h(i)
        h_i = 0
        for j in range(i):
            h_i += stack[j] * stack[i - j - 1]
        # 将h(i)放入栈顶
        stack.append(h_i)
    return stack[n]

# 测试
print(catalan(0))  # 1
print(catalan(1))  # 1
print(catalan(2))  # 2
print(catalan(3))  # 5
print(catalan(4))  # 14
print(catalan(5))  # 42

在上面的代码中,我们使用栈存储了前i个卡特兰数,通过栈的特性可以快速计算第i+1个卡特兰数。具体来说,我们首先将h(0)放入栈中,然后从h(1)开始循环计算,每一次计算都需要用到前面存储的所有卡特兰数。计算完h(i)后,将其放入栈顶,下次循环就可以用到了。最后返回第n个卡特兰数即可。

需要注意的是,由于Python会自动进行高精度计算,所以我们可以直接使用栈来存储卡特兰数,不需要使用字符串作为范例。

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