Luogu 1641[SCOI2010]生成字符串 - 卡特兰数

Posted 2021-01-09 cychester

Description

有$N$ 个 $1$ 和 $M$ 个 $0$ 组成的字符串， 满足前 $k$ 个字符中 $1$ 的个数不少于 $0$ 的个数。

求这样字符串的个数。

$1<=M <=N<=1e6$

Solution

正难则反， 很难直接求出满足条件的字符串的个数， 就从反面考虑。

$N$个$1$ 和 $M$ 个 $0$ 组成的字符串总共有 $C(N + M, N)$ 个， 再减去不满足条件的 字符串的个数就能够得到答案了。

不满足条件的字符串个数为$C(N+M,N+1)$

 

证明与 卡特兰数的证明类似： 

设一个 不满足条件的字符串 $0$ 的个数 比 $1$ 多 的 位置为 $k$。

并且 对于任意 $j <k$， 前$j$个字符中$num_1>=num_0$， 而前$k$个字符$num_1<num_0$。

很显然 $num_0=num_1+1$， 我们将这个 $k$ 个字符都取反， $0$ 变成 $1$， $1$ 变成 $0$。

$0$ 的个数减少 $1$ 个， $1$ 的个数 增加 $1$个，

那么取反后的字符串 中 $1$ 的个数为 $N+1$， $0$ 的个数为 $M-1$。

由于 $N+1$个$1$ ，$M-1$个$0$ 组成的字符串恰好有$C(N+M,N+1)$个。 

所以我们接下来要证明 它们是 一 一对应的，（即$(N,M)$中不满足条件的字符串通过转换能 对应上 $(N+1, M-1)$ 每种字符串）

　　现在已知 $(N,M)$ 能通过转换变成 $(N+1,M-1)$ 且没有重复。

　　只需证明$(N+1,M-1)$ 通过转换 变成 $(N,M)$ ： 找到第一个 $1$ 比 $0$ 多的位置 $k$ 并把前 $k$ 个字符取反 即可。

证毕

 

最后答案就是 $C(N+M,N)-C(N+M,N+1)$。

 

Code

 1 #include<cstdio>
 2 #include<cstring>
 3 #include<algorithm>
 4 #define ll long long
 5 using namespace std;
 6 
 7 const int mod = 20100403;
 8 const int N = 2e6 + 5;
 9 
10 ll fpow(ll a, ll b) {
11     ll re = 1;
12     for (; b; b >>= 1, a = a * a % mod)
13         if (b & 1) re = re * a % mod;
14     return re;
15 }
16 
17 ll fac[N], ans;
18 
19 int main()
20 {
21     int n, m, M;
22     scanf("%d%d", &n, &m);
23     M = n + m;
24     fac[0] = fac[1] = 1;
25     for (int i = 1; i <= M; ++i)
26         fac[i] = fac[i - 1] * i % mod;
27     ans = fac[M] * fpow(fac[n], mod - 2) % mod;
28     ans = ans * fpow(fac[m], mod - 2) % mod;
29     ll tmp = fac[M] * fpow(fac[n + 1], mod - 2) % mod;
30     tmp = tmp * fpow(fac[m - 1], mod - 2) % mod;
31     ans = ans - tmp;
32     ans = (ans % mod + mod) % mod;
33     printf("%lld
", ans);
34 }

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