prufer序列

介绍

  其实是\(pr\ddot{u}fer\)序列

  什么是prufer序列?

  我们认为度数为\(1\)的点是叶子节点

  有一颗无根树,每次选出编号最小的叶子节点,加到当前prufer序列的后面,然后删掉这个节点。直到剩下两个点为止。

  这样会得到一个长度为\(n-2\),每个数都是\(1\text{~}n\)的序列。

  可以看出,每棵无根树都对应唯一一个序列。

  我们发现,所有叶子节点都不在prufer序列中,一个度数为\(d\)的点在prufer序列中的出现次数是\(d-1\)。

  那么怎样从一个prufer序列得到一棵树呢?

  令\(A=\{1,2,\ldots,n\}\)

  每次我们选择最小的在\(A\)中且不在prufer序列中的点\(x\),连一条边到prufer序列的第一个点\(y\),然后把\(x\)从\(A\)中删掉,把prufer序列的第一个数删掉,直到prufer序列为空。这样\(A\)中还会剩下两个数,在这两个点之间连边即可。

  现在我们要证明每个prufer序列都唯一对应一棵树。

  因为每个时候\(A\)的大小都比prufer序列的长度大\(2\),所以每次一定能找到一个没在剩下的prufer序列里出现过的数。所以每个prufer序列都对应唯一一棵树。

  prufer序列有\(n^{n-2}\)个,所以\(n\)个点带标号无根树就有\(n^{n-2}\)种。

应用

  prufer是一种处理和树有关的计数问题的非常有用的工具。

  可以把树的计数问题转成数列的计数问题。.

  显然数列的计数比树的计数简单很多。

  比如说,一个点的度数最多为\(d\),那么这个点在prufer序列中的出现次数\(\leq d-1\)

  比如说,生成一个由\(k\)棵树构成的森林,那么前面\(n-k-1\)个数可以是\(1\text{~}n\),第\(n-k\)个数是这\(k\)个根中的一个,还要乘上选\(k\)个根的方案数,答案为\(\binom{n}{k}\times n^{n-k-1}\times k\)

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