[LeetCode]--60. Permutation Sequence

本文介绍了一种高效算法来解决求解第K个排列序列的问题,并提供了两种不同的实现方式,一种通过直接生成所有可能的排列,另一种则利用数学原理进行优化。

The set [1,2,3,…,n] contains a total of n! unique permutations.

By listing and labeling all of the permutations in order,
We get the following sequence (ie, for n = 3):

1."123"
2."132"
3."213"
4."231"
5."312"
6."321"

Given n and k, return the kth permutation sequence.

Note: Given n will be between 1 and 9 inclusive.

[LeetCode]–46. Permutations

前面做过很多个这样类似题,所以很快就能想到找下一个字串。

public String getPermutation(int n, int k) {
        if (n == 1)
            return "1";
        int[] nums = new int[n];
        for (int i = 0; i < n; i++)
            nums[i] = i + 1;
        for (int i = 1; i < k; i++) {
            nums = getNextPermutation(nums);
        }
        String str = "";
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            str += nums[i];
        }
        return str;
    }

    public int[] getNextPermutation(int[] nums) {
        int i = nums.length - 1;
        while (i > 0 && nums[i] < nums[i - 1])
            i--;
        int second = Integer.MAX_VALUE, secondIndex = Integer.MAX_VALUE;
        for (int j = nums.length - 1; j >= i; j--)
            if (nums[j] > nums[i - 1] && nums[j] < second) {
                second = nums[j];
                secondIndex = j;
            }
        int temp = nums[i - 1];
        nums[i - 1] = nums[secondIndex];
        nums[secondIndex] = temp;
        Arrays.sort(nums, i, nums.length);
        return nums;
    }

虽然AC了,不过效率实在是很低,我又找到了一个效率很高的,beat88%的算法。

public String getPermutation(int n, int k) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        boolean[] used = new boolean[n];

        k = k - 1;
        int factor = 1;
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            factor *= i;
        }

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            int index = k / factor;
            k = k % factor;
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (used[j] == false) {
                    if (index == 0) {
                        used[j] = true;
                        sb.append((char) ('0' + j + 1));
                        break;
                    } else {
                        index--;
                    }
                }
            }
            if (i < n - 1) {
                factor = factor / (n - 1 - i);
            }
        }

        return sb.toString();
    }
### 题目描述 LeetCode Problem 46: **Permutations** 是一道中等难度的算法题目,主要任务是生成给定整数数组的所有可能的排列组合。例如,输入 `[1,2,3]` 应该输出以下排列结果: ``` [ [1,2,3], [1,3,2], [2,1,3], [2,3,1], [3,1,2], [3,2,1] ] ``` 该问题的核心在于生成所有可能的排列,且每个排列中的元素必须使用一次且仅使用一次[^4]。 --- ### 解题方法 #### 方法一:回溯法(递归) 这是一种常见的递归方法,通过维护一个布尔数组 `record` 来记录哪些元素已经被使用,然后递归地尝试将未使用的元素加入当前排列中。当当前排列长度与输入数组长度一致时,就将该排列加入结果集。 ```cpp class Solution { public: vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) { vector<vector<int>> res; vector<bool> record(nums.size(), false); vector<int> cur; per(res, record, cur, nums, nums.size(), 0); return res; } private: void per(vector<vector<int>>& res, vector<bool>& record, vector<int>& cur, vector<int>& nums, int n, int pos) { for (int i = 0; i < n; ++i) { if (!record[i]) { record[i] = true; cur.push_back(nums[i]); if (pos == n - 1) res.push_back(cur); else per(res, record, cur, nums, n, pos + 1); cur.pop_back(); record[i] = false; } } } }; ``` 这种方法的时间复杂度为 **O(n × n!)**,其中 `n!` 是所有排列的总数,而 `n` 是每个排列的构造时间[^3]。 --- #### 方法二:逐层构建排列 该方法基于这样一个观察:每个排列可以看作是在前 `n-1` 个数的排列基础上,将第 `n` 个数插入到每一个可能的位置。通过迭代的方式,逐层构建排列。 ```java public List<List<Integer>> permute(int[] nums) { List<List<Integer>> res = new ArrayList<>(); if (nums == null || nums.length == 0) return res; List<Integer> first = new ArrayList<>(); first.add(nums[0]); res.add(first); for (int i = 1; i < nums.length; i++) { List<List<Integer>> newRes = new ArrayList<>(); for (List<Integer> item : res) { for (int j = 0; j <= item.size(); j++) { List<Integer> temp = new ArrayList<>(item); temp.add(j, nums[i]); newRes.add(temp); } } res = newRes; } return res; } ``` 该方法的时间复杂度也为 **O(n × n!)**,但实现方式更为直观,适合理解排列的构建过程[^2]。 --- ### 相关问题 - **LeetCode 47: Permutations II** —— 处理包含重复元素的排列问题。 - **LeetCode 60: Permutation Sequence** —— 找出第 k 个排列。 - **LeetCode 31: Next Permutation** —— 实现下一个字典序排列。 - **LeetCode 77: Combinations** —— 生成所有可能的组合。 这些问题都与排列、组合密切相关,适合进一步巩固递归与回溯算法的使用[^1]。 ---
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