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Mar 26, 2025
67c9444 · Mar 26, 2025

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0096-unique-binary-search-trees.adoc

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96. 不同的二叉搜索树

给你一个整数 n ,求恰由 n 个节点组成且节点值从 1n 互不相同的 二叉搜索树 有多少种?返回满足题意的二叉搜索树的种数。

示例 1:

{image_attr}
输入:n = 3
输出:5

示例 2:

输入:n = 1
输出:1

提示:

  • 1 <= n <= 19

思路分析

给定一个有序序列 1 …​ n,为了根据序列构建一棵二叉搜索树。我们可以遍历每个数字 i,将该数字作为树根,1 …​ (i-1) 序列将成为左子树,(i+1) …​ n 序列将成为右子树。于是,我们可以递归地从子序列构建子树。

在上述方法中,由于根各自不同,每棵二叉树都保证是独特的。

可见,问题可以分解成规模较小的子问题。因此,我们可以存储并复用子问题的解,而不是递归的(也重复的)解决这些子问题,这就是动态规划法。

给定序列 1 …​ n,我们选出数字 i 作为根,则对于根 i 的不同二叉搜索树数量 \(F(i, n)\),是左右子树个数的笛卡尔积,如下图所示:

{image_attr}
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公式推到过程

\$G_{(n)} \text { 长度为 n 的序列能构成的不同二叉搜索树的个数 }\$

\$F_{(i, n)} \text { 以 i 为根、序列长度为 n 的不同二叉搜索树个数 (1≤i≤n)。 }\$

\$G_{n}=\sum_{i=1}^{n} F_{(i, n)} = F_{(1, n)} + F_{(2, n)} + ... + F_{(n-1, n)} + F_{(n, n)}\$

\$F_{(i, n)} = G_{(i-1)} \cdot G_{(n-i)}\$

\$G_{(n)} = \sum_{i=1}^n G_{(i-1)} \cdot G_{(n-i)} = G_{0} \cdot G_{(n-1)} + ... + G_{(n-1)} \cdot G_{0}\$

\$C_{n+1}=\frac{2(2 n+1)}{n+2} C_{n} \text { 明安图数 或 卡特兰数}\$
Tip
注意:题目要是二叉搜索树!

没想到这里还埋了一个数学知识:Catalan number:

\$C_{0}=1 \quad \text { and } \quad C_{n+1}=\sum_{i=0}^{n} C_{i} C_{n-i} \quad \text { for } n \geq 0\$

\$C_{0}=1 \text { and } C_{1}=1\$

\$C_{n}=\sum_{i=1}^{n} C_{i-1} C_{n-i} \quad\$

\$C_{0}=1, \quad C_{n+1}=\frac{2(2 n+1)}{n+2} C_{n}\$

附加题:参考资料显示,关于 Catalan number 有好多好玩的东西可以把玩。查资料把玩把玩。

一刷
link:{sourcedir}/_0096_UniqueBinarySearchTrees.java[role=include]
二刷
link:{sourcedir}/_0096_UniqueBinarySearchTrees_2.java[role=include]