ВКОШП: 2005/06

Широкое распространение в стандартных библиотеках многих языков программирования получила реализация сбалансированных деревьев на основе так называемых красно-черных деревьев. В данной задаче вам предлагается посчитать количество красно-черных деревьев заданной формы.

Напомним, что двоичным деревом называется набор вершин, организованных в виде дерева. Каждая вершина имеет не более двух детей, один из которых называется левым, а другой – правым. Как левый, так и правый ребенок, а также оба могут отсутствовать.

Если вершина Y – ребенок вершины X, то говорят, что вершина X является родителем вершины Y. У каждой вершины дерева, кроме одной, есть ровно один родитель. Единственная вершина, не имеющая родителя, называется корнем дерева.

Соединим каждую вершину, кроме корня, с ее родителем. Заметим, что для каждой вершины существует ровно один путь, ведущий в нее от корня.

Двоичное дерево называется красно-черным, если каждая его вершина раскрашена в красный либо в черный цвет, причем выполняются следующие условия:

1. если вершина красная, то ее родитель – черный;
2. количество черных вершин на пути от корня до любой вершины, у которой отсутствует хотя бы один ребенок, одно и то же.

Примеры двоичного дерева, вершины которого раскрашены в два цвета, приведены на следующем рисунке.

Если считать закрашенные вершины черными, а незакрашенные – красными, то дерево на рисунке (а) является красно-черным деревом, а деревья на рисунках (б) и (в) – нет. Для дерева на рисунке (б) нарушается первое свойство – у красной вершины 5 родитель 2 также красный, а в дереве на рисунке (в) нарушается второе свойство – на пути от корня до вершины 1 одна черная вершина, а, например, на пути от корня до вершины 3 – две.

Для заданного двоичного дерева подсчитайте число способов раскрасить его вершины в черный и красный цвет так, чтобы оно стало красно-черным деревом.