从“杨辉三角形”谈起

      杨辉三角是二项式系数在三角形中的一种几何排列,中国南宋数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》一书中出现。在欧洲,帕斯卡(1623~1662)在1654年发现这一规律,所以这个表又叫做帕斯卡三角形。帕斯卡的发现比杨辉要迟393年。

      如果将(a+b)n(n为非负整数)的每一项按字母a的次数由小到大排列,就可以得到下面的等式:

      (a+b)0=1 ,    它只有一项,系数为1;
      (a+b)1=a+b ,它有两项,系数分别是1,1;
      (a+b)2=a2+2ab+b2,它有三项,系数分别是1,2,1;
      (a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3,它有四项,系数分别是1,3,3,1;
       ……

      由此,可得下面的图表,这个图表就是杨辉三角形。

       观察上图表,我们发现每一行的首末都是1,并且下一行的数比上一行多1个,中间各数都写在上一行两数中间,且等于它们的和,可以按照这个规律继续将这个表写下去。

【例1】杨辉三角形。

      输入n(1<=n<=30),输出杨辉三角形的前n行。

      (1)编程思路1。

      用一个二维数组 y[31][31] 来保存杨辉三角形每一行的值。杨辉三角形第row行可以由第row-1行来生成。

例如:

数组元素

Y[row][1]

Y[row][2]

Y[row][3]

Y[row][4]

Y[row][5]

Row=4行

1

3

3

1

0

Row=5行

1

4

6

4

1

      由上表知:当row=5时,              y[5][1] = 1,

                y[5][2] = y[4][1] + y[4][2],   y[5][3] = y[4][2] + y[4][3],

                y[5][4] = y[4][3] + y[4][4] ,  y[5][5] = y[4][4] + y[4][5]

      一般的,对于第row(1~30)行,该行有row+1个元素,其中:

      y[row][1]=1

      第col(2~row+1)个元素为:  y[row][col] = y[row-1][col-1] + y[row-1][col]。

      (2)源程序1。

#include <stdio.h>
int main()
{
      int n,i,j,y[31][31]={0};
      for (i=1;i<=30;i++)        // 赋行首与行尾元素值为1
           y[i][1]=y[i][i]=1;
      for (i=3;i<=30;i++)        // 每行中间元素赋值
           for (j=2;j<i;j++)
               y[i][j]=y[i-1][j-1]+y[i-1][j];
      while (scanf("%d",&n)!=EOF)
      {
           for (i=1;i<=n;i++)
           {
                 for (j=1;j<=i;j++)
                 {
                      if (j!=1) printf(" ");
                          printf("%d",y[i][j]);
                 }
                 printf("\n");
            }
            printf("\n");
      }
      return 0;
}

      (3)编程思路2。

      用一个一维数组 y[30] 来保存杨辉三角形某一行的值。杨辉三角形第row行可以由第row-1行来生成。

      例如:

数组元素

Y[0]

Y[1]

y[2]

Y[3]

Y[4]

Row-1=3行

1

3

3

1

0

Row=4行

1

4

6

4

1

      由上表知:当row=4时,y[4] = y[4]+y[3],    y[3] = y[3]+y[2],

                        y[2] = y[2]+y[1] ,   y[1] = y[1]+y[0],

                       y[0]=1

      一般的,对于第row(0~9)行,该行有row+1个元素,

       第col(row~1)个元素为:  y[col]=y[col]+y[col-1],

                               y[0]=1

      (4)源程序2。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
      int y[30],row,col,n;
      while (scanf("%d",&n)!=EOF)
      {
            memset(y,0,sizeof(y)); // 数组元素初始化为0
            y[0]=1;
            printf("%d\n",y[0]);
            for (row=1;row<n;row++)
            {
                 for (col=row;col>=1;col--)
                      y[col]=y[col]+y[col -1];
                 for (col=0;col<=row;col++)
                 {
                       if (col!=0) printf(" ");
                       printf("%d",y[col]);
                 }
                 printf("\n");
            }
            printf("\n");
      }
      return 0;
}

      将上面的两个源程序提交给HDU 2032“杨辉三角”,均可以Accepted。

      下面我们进一步讨论一下杨辉三角形,个人感觉有趣。

      我们根据杨辉三角形前16行中每个数的奇偶性决定是否输出一个特定字符。比如如果是奇数,输出一个“*”号;是偶数,输出一个空格。编写如下的程序:

#include <stdio.h>
int main()
{
      int n,i,j,y[17][17]={0};
      for (i=1;i<=16;i++) // 赋行首与行尾元素值为1
          y[i][1]=y[i][i]=1;
      for (i=3;i<=16;i++) // 每行中间元素赋值
           for (j=2;j<i;j++)
                y[i][j]=y[i-1][j-1]+y[i-1][j];
      for (i=1;i<=16;i++)
      {
             for (j=1;j<=i;j++)
                  if (y[i][j]%2==1) printf("* ");
                  else printf(" ");
             printf("\n");
      }
      return 0;
}

      运行上面的程序,可以得到如下的运行结果。

      

      运行结果的图形是一个递归深度为4的三角形。 通过这个图形,我们感觉杨辉三角形中每个数字的奇偶应该满足一定的规律。

     组合数C(n,m)是指从n个元素中选出m个元素的所有组合个数。其通用计算公式为:

         C(n,m)=n!/[m!*(n-m)!]    C(0,0)=1   C(1,0)=1   C(1,1)=1 
     从n个元素中取m个元素,考虑第n个元素,有两种情况:(1)不取。则必须在前n-1个元素中取m个元素,方案数为C(n-1,m);(2)取。则只需在前n-1个元素中取m-1个元素,方案数为C(n-1,m-1)。因此,   C(n,m)=C(n-1,m)+C(n-1,m-1)   

       这正好符合杨辉三角形的递推公式。 即 杨辉三角中第i行第j列的数字正是C(i,j)的结果。因此,下面对杨辉三角形中各行各列数字的讨论转化为对组合数C(n,m)的讨论。

【例2】组合数的奇偶性。 (POJ 3219)

      二项式系数C(n, m)因它在组合数学中的重要性而被广泛地研究。二项式系数可以如下递归的定义:

      C(1, 0) = C(1, 1) = 1;
      C(n, 0) = 1   对于所有n > 0;
      C(n, m) = C(n-1, m-1) + C(n-1, m)   对于所有0 < m ≤ n。

      给出n和k,确定C(n, m)的奇偶性。

      (1)编程思路1。
       对于给定C(n,m),检查n!中2因子的个数与m!和(n-m)!中2因子个数和的关系,假设n!中2因子个数为a,m!中2因子个数为b,(n-m)!中2因子个数为c,则显然有a>=(b+c);并且当a==b+c时,一定为奇,否则为偶。

       (2)源程序1。

#include <stdio.h>
int getTwo(int x)     // x!中2的因子的个数
{
      int cnt=0;
      while (x/2!=0)
      {
           cnt += x/2;
           x=x/2;
       }
       return cnt;
}
int main()
{
      int n,k;
      while (scanf("%d%d", &n,&k)!=EOF)
      {
            if (getTwo(n)-getTwo(k)-getTwo(n-k)>0)
                 printf("0\n");
            else
                 printf("1\n");
      }
      return 0;
}

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转载自www.cnblogs.com/cs-whut/p/11502792.html
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