易混 2023 年浙江预赛 · P006635
先辨清禁止的三元相对次序,再证明围绕最大元的合法操作。一个记录插入最大元前的最初下降段,另一个在最大元处切开并强制左右值域分离。
后一题还要求交替条件在标准化的子问题中保留;前一题没有交替条件。两种禁序与递推状态不同,不能直接互换计数公式。
设有序数组
同时满足以下 个条件:
(1) 是 的一个排列;
(2);
(3);
(4)不存在 ,使得 。
求这样的有序数组 的个数。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
标准化是把一组互异数按大小替换为1至长度,保留全部大小关系。卡特兰数可先由 定义,本题递推即此分割。
想法从哪来:交替大小和禁止三元模式同时限制排列,直接按相邻峰谷填数不易计数。先抓住最大元素:它只能在峰位;若其左边某数小于右边某数,就会与最大元一起形成禁止模式。因此左右两侧值域已被完全分开,选哪些数不再有组合因子。把左右各自标准化后,仍从上升开始且避免同一模式,于是可以按最大元位置递归计数。左右长度的奇偶不同,先同时定义偶长度与奇长度计数,免得递推中误用同一种下标。小长度表显出卡特兰数后,再验证两类递推都满足它,而非只凭数列外观认答案。
前三条说明排列按“上、下、上、下”交替;第四条正是避免 型。按最大元素的位置分割,左右两侧的值域被强制分开,从而得到 Catalan 递推。
设 为长度 、满足
且避免 型的排列数。
最大元素 必位于某个偶数位置 。若它左边存在元素小于右边某元素,则这三个元素与最大元按位置顺序构成 型。因此最大元左边的每个元素都大于右边的每个元素。于是左边恰由剩余元素中的较大者组成,右边由较小者组成;分别标准化后,两侧仍是同类交替且避免 的排列。
由此,对 ,
并约定 。归纳可得
其中 Catalan 数满足
所以本题所求为
最大元素不可能在奇数位置,因为每个奇数位置都是交替序列的谷位;分割后左右的位置关系仍从“小于”开始,递推没有改变交替方向。小规模值 与公式一致。
模式避免排列遇到最大元时,先判断为避免该模式而被强制的左右值域关系;若分割后类保持不变,通常会出现 Catalan 递推。
要发现最大元素两侧数值必须整体分离并保持交替方向,再建立奇偶长度联动递推并识别Catalan数。
易混 2023 年浙江预赛 · P006635
先辨清禁止的三元相对次序,再证明围绕最大元的合法操作。一个记录插入最大元前的最初下降段,另一个在最大元处切开并强制左右值域分离。
后一题还要求交替条件在标准化的子问题中保留;前一题没有交替条件。两种禁序与递推状态不同,不能直接互换计数公式。
已记下,谢谢!