Problem description
Zbiór poprawnych nawiasowań można zdefiniować rekurencyjnie:
- pusty napis jest poprawnym nawiasowaniem,
- jeżeli X jest poprawnym
nawiasowaniem to:
(
X)
również jest poprawnym nawiasowaniem, - jeżeli P oraz Q są poprawnymi nawiasowaniami to PQ (sklejenie P i Q ze sobą) też jest poprawnym nawiasowaniem,
- wszystkie poprawne nawiasowania można wyprowadzić za pomocą powyższych reguł.
Łatwo zauważyć, że każde poprawne nawiasowanie musi mieć parzystą długość. Dla ustalonego N, w miarę nietrudno też policzyć ile jest poprawnych nawiasowań długości 2N:
- dla N = 1 (nawiasowania
długości 2) jest tylko jedno takie
nawiasowanie:
()
, - dla N = 2 (nawiasowania
długości 4) są dwa takie nawiasowania:
(())
oraz()()
, - dla N = 3 (nawiasowania
długości 6) jest pięć poprawnych
nawiasowań:
((()))
,()(())
,(())()
,(()())
oraz()()()
.
W ogólności: liczba poprawnych nawiasowań o określonej długości jest ściśle związana z ciągiem liczb Catalana Cn. Jest dokładnie Cn poprawnych nawiasowań długości 2n.
Wzorów na obliczenie n-tej liczby Catalana jest wiele. Przykładowo takie:
- $C_n = \frac{1}{n+1} {2n \choose n}$,
- $C_n = \frac{1}{2n+1} {2n+1 \choose n}$,
- $C_n = {2n \choose n} - {2n \choose n+1}$,
- C0 = 1, $C_n = \sum_{i=1}^n C_{i-1} C_{n-i}$ (dla n > 0),
- C0 = 1, $C_n = \frac{4n-2}{n+1} C_{n-1}$ (dla n > 0).
W tym zadaniu rozszerzamy definicję poprawnych nawiasowań na większą
liczbę typów nawiasów: w punkcie drugim definicji mówimy, że poprawne są
również nawiasowania [
X]
oraz
{
X}
.
Rozważamy więc poprawne (uogólnione) nawiasowania złożone z nawiasów
(
, )
, {
, }
,
[
, ]
. Czy potrafisz powiedzieć ile jest
uogólnionych poprawnych nawiasowań o długości 2N? Sprawdźmy to! Ponieważ wynik
może być duży, wystarczy nam poznać jego resztę z dzielenia przez 109 + 7.
Napisz program, który: wczyta liczbę N, wyznaczy resztę z dzielenia przez 109 + 7 liczby uogólnionych poprawnych nawiasowań długości 2N, i wypisze wynik na standardowe wyjście.
Wejście
W pierwszym (jedynym) wierszu wejścia znajduje się jedna liczba naturalna N.
Wyjście
W pierwszym (jedynym) wierszu wyjścia powinna się znaleźć reszta z dzielenia przez 109 + 7.
Ograniczenia
1 ≤ N ≤ 2 000.
Ciekawostka: Możliwe jest rozwiązanie tego zadania dla znacznie większych limitów (np. organizatorzy turnieju potrafią napisać program, który mieści się w limitach czasu nawet przy ograniczeniu N ≤ 1011). Ale to jest turniej dla początkujących. Zachęcamy do przemyślenia szczegółów po turnieju.
Przykład
Wejście | Wyjście | Wyjaśnienie |
|
|
Chodzi przykładowo o nawiasowania
|