含10个节点且节点度仅为1、2或5的树的数量计算及高效求解方法问询
含10个节点且节点度仅为1、2或5的树的数量计算及高效求解方法问询
嘿,这个问题我之前也碰到过,逐个构造确实费时间还容易漏算,其实用树的核心性质先缩小范围,再分类讨论每种合法度序列对应的非同构树数量,会高效很多。
首先先回忆树的两个关键性质:
- 拥有n个节点的树,边数固定为
n-1,这里n=10,所以边数是9。 - 握手定理:所有节点的度数之和等于
2×边数,也就是18。
接下来我们设变量:
- 度为5的节点数:x
- 度为2的节点数:y
- 度为1的节点数:z
根据性质列出两个方程:
- 节点总数:
x + y + z = 10 - 度数总和:
5x + 2y + z = 18
用第二个方程减去第一个,得到简化后的关系式:4x + y = 8。我们只需要找这个式子的非负整数解(x、y都不能为负),能得到三组合法解:
- x=0,y=8,z=2
- x=1,y=4,z=5
- x=2,y=0,z=8
接下来针对每组解,计算对应的非同构树数量:
情况1:x=2,y=0,z=8
这里有两个度为5的中心节点,8个叶子节点。因为是树,两个中心必须直接相连(没有度2节点作为中间节点),每个中心剩下的4条边都连接叶子。所有叶子都是对称的,所以这种结构只有1种。
情况2:x=1,y=4,z=5
这里有一个度为5的中心节点,4个度2节点,5个叶子节点。中心节点有5个分支,每个分支都是一条以叶子为末端的路径,我们需要把4个度2节点分配到这5个分支中,本质是把4拆分成5个非负整数的和,不同的拆分对应不同的非同构树:
- 拆分
[4,0,0,0,0]:一个分支包含4个度2节点(形成一条长度为5的链:中心→度2→度2→度2→度2→叶子),其余4个分支直接连叶子 → 1种结构 - 拆分
[3,1,0,0,0]:一个分支有3个度2节点,一个分支有1个度2节点,其余3个分支直接连叶子 → 1种结构 - 拆分
[2,2,0,0,0]:两个分支各有2个度2节点,其余3个分支直接连叶子 → 1种结构 - 拆分
[2,1,1,0,0]:一个分支有2个度2节点,两个分支各有1个度2节点,其余2个分支直接连叶子 → 1种结构 - 拆分
[1,1,1,1,0]:四个分支各有1个度2节点,剩下1个分支直接连叶子 → 1种结构
这部分总共是5种不同的非同构树。
情况3:x=0,y=8,z=2
这就是一条简单的路径链:两个叶子节点,中间8个度为2的节点,显然只有1种结构。
把三种情况的数量加起来:1+5+1=7种。
你一开始逐个构造的思路确实容易有疏漏,因为手动枚举很难覆盖所有可能的结构,还容易重复计数。而先通过树的性质锁定合法的度序列,再针对每种序列分析拆分方式,就能系统且完整地算出所有符合要求的树,效率和准确性都会高很多。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Ariana




