leetcode：Unique Binary Search Trees

Given n, how many structurally unique BST's (binary search trees) that store values 1...n?

For example,
Given n = 3, there are a total of 5 unique BST's.

   1         3     3      2      1
    \       /     /      / \      \
     3     2     1      1   3      2
    /     /       \                 \
   2     1         2                 3

注意：二分查找树的定义是，左子树节点均小于root，右子树节点均大于root！不要想当然地将某个点作为root时，认为其他所有节点都能全部放在left/right中，除非这个点是 min 或者 max 的。

 

分析：本题其实关键是递推过程的分析，n个点中每个点都可以作为root，当 i 作为root时，小于 i  的点都只能放在其左子树中，大于 i 的点只能放在右子树中，此时只需求出左、右子树各有多少种，二者相乘即为以 i 作为root时BST的总数。

            开始时，我尝试用递归实现，但是超时了，可见系统对运行时间有要求。因为递归过程中存在大量的重复计算，从n一层层往下递归，故考虑类似于动态规划的思想，让底层的计算结果能够被重复利用，故用一个数组存储中间计算结果（即 1~n-1 对应的BST数目），这样只需双层循环即可，代码如下：

class Solution {  
public:  
    int numTrees(int n) {  
        vector<int> num;  
        num.push_back(1);  //在容器尾端插入一项数据，设置num[0]=1
        for(int i=1; i<=n; i++){  
            num.push_back(0);  //每次先将num[i]设置为0
            if(i<3)  
                num[i]=i;  //易知num[1]=1,num[2]=2
            else{  
                for(int j=1; j<=i; j++)  
                    num[i]+=num[j-1]*num[i-j];  //j为root节点，其左子树种数为j-1，右子树种数为i-j
            }  
        }  
        return num[n];  
    }  
};

　其他解法：

1、1ms in C++ By Using Theorem From Graph Theory

This is my code. I use the property that the number of unique binary trees or n vertex is

{(2n)(2n-1)(2n-2)....(n+2)}/{(n)(n-1)....(2)(1)}

class Solution {
public:
    int numTrees(int n) {
        long long result = 1;
        long long temp = 1;
        for(int i = 2*n; i > n; i--){
            result *= i;
            temp *= (i-n);
            if (result % temp == 0){
                result /= temp;
                temp = 1;
            }
        }
        return result/(n+1);
    }
};

2、2ms c++ using dp（动态规划）

class Solution {  
public:  
  int numTrees(int n){
int arr[n+1][n+1];
memset(arr,0,sizeof(arr));
for(int len=1; len<=n; len++){
    for(int j=1; j<=n-len+1; j++){
        if(len == 1) arr[len][j] = 1;
        else{
            arr[len][j] += arr[len-1][j+1];
            arr[len][j] += arr[len-1][j];
            for(int k=1;k<len;k++) arr[len][j] += (arr[k][j]*arr[len-k-1][j+k+1]); 
        }
    }
}
return arr[n][1];
}
};

3、

class Solution {  
public:  
  int numTrees(int n) {
     if(n==0) return 0;
        int s[n+1];
        int r;
        s[0] = 1;
        for(int i=1; i<n+1; i++)
        {
            s[i] = 0;
            for(int l=0; l<i; l++)
            {
                r = i-1-l;
                s[i] = s[i]+s[l]*s[r];
            }
        }
        return s[n];
    }
};