问题描述
小M定义了一种特殊的二叉树,称之为“好二叉树”。当且仅当这个二叉树中的所有节点的孩子数量为偶数(即每个节点要么没有孩子,要么有两个孩子),该二叉树才被称为好二叉树。
现在,小M想知道,给定 n
个节点,可以构成多少种不同形态的好二叉树?答案需要对 10^9 + 7
取模。
测试样例
样例1:
输入:
n = 5
输出:2
样例2:
输入:
n = 7
输出:5
样例3:
输入:
n = 9
输出:14
问题分析与思考
这个问题是一个经典的 组合数学问题,涉及到如何在给定的 n
个节点中构造符合特定条件的二叉树。问题中的二叉树要求每个节点的孩子数量是偶数,要么没有孩子(叶子节点),要么有两个孩子。
问题分析
我们可以通过 动态规划 来解决这个问题。我们的问题可以转化为以下几个部分:
-
二叉树的节点构成:
- 每个节点要么没有孩子,要么有两个孩子。
- 因此,我们可以将一个节点视作一个根节点,它可以有两个子树。假设一个子树有
i
个节点,另一个子树有n-1-i
个节点。由于每个子树必须也是一个 "好二叉树",所以我们递归地求解这个问题。
-
递推关系:
-
对于一个给定的节点数
n
,我们可以将根节点拆分成左右两个子树,假设左子树包含i
个节点,右子树包含n-1-i
个节点,其中i
是偶数。这样可以确保每个节点的孩子数量是偶数。 -
递推公式为:
其中,
dp[i]
表示一个包含i
个节点的好二叉树的数量。
-
-
边界条件:
dp[0] = 1
:空树是一个有效的好二叉树。dp[1] = 1
:只有一个节点的树也是一个好二叉树。- 节点数如果为偶数直接不满足条件返回0
这里就有一个问题,取模不是应该最后取吗?为什么这里在中间就取了,不会导致结果错误吗?
在动态规划过程中中间取模是否会影响最终结果?
理论分析
中间取模是否会影响结果,关键取决于我们如何理解 模运算的性质,特别是在涉及加法和乘法时。我们来详细分析这个问题。
模运算的性质
模运算有几个重要的性质:
-
加法的模运算:
-
如果有两个数 a 和 b,那么:
- 你可以先对每个数取模,然后再进行加法,最后再取模,结果不变。
-
-
乘法的模运算:
-
对于两个数a和b,有:
- 你可以先对
a
和b
取模,再进行乘法,然后最后对结果取模,结果不变。
- 你可以先对
-
中间取模是否影响结果?
根据上述模运算性质,我们可以得出结论:
中间取模不会影响最终的计算结果。这是因为:
- 在每次更新
dp[nodes]
时,我们在加法和乘法运算过程中对中间结果进行取模,这样做并不会改变最终的结果,只是确保计算过程中中间结果始终保持在一个合理的范围内。 - 最终得到的结果与中间是否取模是一样的,只不过中间取模可以防止结果过大,从而避免数值溢出,并且符合题目要求(通常题目要求对
MOD
取模,防止结果过大)。
所以通过这个题,在AI工具的帮助下又掌握了取模的技巧。