leetcode-31-NextPermutation

本文详细解析了LeetCode第31题“下一个排列”的解题思路与算法实现,包括利用STL库函数和手动实现next_permutation及prev_permutation的方法,并提供了完整的代码示例。

问题

题目:[leetcode-31]

思路

上来先来个STL的套路

代码

class Solution {
public:
    void nextPermutation(vector<int>& nums) {

        std::next_permutation( nums.begin(), nums.end() );

    }
};

思路(实现next_permutation)

下面是自己的实现,求下一个字典序列。算法步骤如下:

  • 从后向前寻找一个升序对(nums[i],nums[i+1]),如果不存在,则已经是降序,reverse返回即可。
  • 如果存在升序对,从后向前寻找第一个比nums[i]大元素,交换。
  • 对从i+1到结尾的元素,置逆

解释一下上面的思路,首先要获得最小字典序,应该从后向前进行调整。因为后面数字的权重小。其次,需要从后寻找升序对,如果不存在升序对,证明已经全部降序,其实已经是最后一个字典序了。再者,假设升序对是( i, i+1 ),既然升序对起点在i,那么证明i之后的元素都是降序,因为后面是不存在升序对的,否则反证法与升序对起点位于i矛盾。

下面要进行调整,原则是要尽可能获得“较小”的升序对,即下一个序列和当前序列的差应该是最小的。所以,应该从后向前找到第一个比nums[i]大的元素,小肯定是不行的,这样没法保证你是上升的。找到第一个的目的是,由于i之后的元素是降序,所以第一个比nums[i]大就能保证是”较小”的上升序列。然后交换nums[i]和之后的这个元素

最后,元素交换完毕之后,i之后的序列任然是降序的,但是为了获得”较小”的上升序列,需要将后面的元素变成升序,只需reverse即可。

代码1

class Solution {
public:
    void nextPermutation(vector<int>& nums) {
        int sz = nums.size();

        if(!sz)
            return;

        int i,j;    

        // 寻找最小升序
        for( i = sz - 2; i >= 0; --i ){
            if( nums[i] < nums[i+1] )
                break;
        }

        // 已经全部降序
        if(-1==i)
        {
            std::reverse( nums.begin(), nums.end() );
            return ;
        }

        // 程序执行到这,最小升序存在。i+1到最后肯定全部是降序,否则,反证法,后面的序列如果不是全部降序,肯定会存在升序,那么与i,i+1升序矛盾。
        // 由于,i+1到后面全部是降序,且都比nums[i]大,所以找到第一个比nums[i]的就行。因为第一个比nums[i]大的。可以保证最小上升。
        for( j = sz - 1; j > i; --j )
        {
            if( nums[i] < nums[j] )
            {    
                std::swap( nums[i], nums[j] );
                break;
            }
        }

        // 此时后面i+1到最后,任然是降序。因为nums[i] < nums[j]。所以,交换之后也一定是降序。为了得到最小的上升序列,将后面的元素置逆即可.
        std::reverse( nums.begin() + i + 1, nums.end() );
    }
};

下面我模仿库的做法,暂时没用迭代器实现。

class Solution {
public:
    void nextPermutation(vector<int>& nums) {
        int sz = nums.size();
        if(!sz || 1==sz)
            return;

        next_permutation(nums);
    }
private:
    bool next_permutation( vector<int>& nums )
    {
        int sz = nums.size();
        int i = 0, j = 0;

        // find the ascending order
        for( i = sz - 2; i >= 0; --i )
        {
            if( nums[i] < nums[i+1] )
                break;
        }
        if( -1 == i )
        {
            std::reverse( nums.begin(), nums.end() );
            return false;
        }

        for( j = sz - 1; j > i; --j )
        {
            if( nums[i] < nums[j] ) // 找nums[j] > nums[i]才能保证是升序,从后向前找是保证最小的上升序列
                break;
        }
        std::swap( nums[i], nums[j] );
        std::reverse( nums.begin() + i + 1, nums.end() );
        return true;
    }
};

思路(实现prev_permutation)

与next_permutation的逻辑正好相反,前者是求下一个最短上升序,prev_permutation是求下个最短下降序。下面是实现步骤:

  • 从后向前寻找一个降序对(nums[i],nums[i+1]),如果不存在,则已经是升序,reverse返回即可。
  • 如果存在降序对,从后向前寻找第一个比nums[i]小元素,由于后面是升序,所以从后向前寻找,可以找到第一个比nums[i]小的就是符合要求的,可以获得最短的下降序列。
  • 对从i+1到结尾的元素,置逆。

代码

/*************************************************************************
 > File Name: main.cpp
 > Author: kang
 > Mail:likang@tju.edu.cn 
 > Created Time: 2016年12月23日 星期五 16时11分23秒
 ************************************************************************/
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>

void show( const std::vector<int>& nums ){
    int sz = nums.size();
    for( int i = 0; i < sz; ++i ){
        std::cout << nums[i];
        if(i != sz-1)
            std::cout << ",";
    }
    std::cout << std::endl;
}

bool prev_permutation( std::vector<int>& nums ){

    int sz = nums.size();
    // find the descending order
    int i = 0, j = 0;
    for( i = sz-2; i>=0; --i ){
        if( nums[i] > nums[i+1] )
            break;
    }
    if(-1 == i)
    {
        std::reverse( nums.begin(), nums.end() );
        return false;
    }

    for( j = sz - 1; j > i; --j ){
        if( nums[j] < nums[i] )
            break;
    }
    std::swap( nums[i], nums[j] );
    std::reverse( nums.begin() + i + 1, nums.end() );
    return true;
}

void permutation( std::vector<int>& nums ){

    do show(nums);
    while(prev_permutation(nums));
}

int main( void ){

    int arr[] = {3,2,1};
    std::vector<int> nums( arr, arr + 3 );

    permutation(nums);

    return 0;
}
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