优雅的全排列

http://www.iteye.com/topic/770382提到:

 

4.1~20的整数的全排列,因为不才以前也研究过排列组合的问题,于是有了本专题。

 

最近的专题更多的是在给条鱼人家吃,没有讲怎么捕鱼。所以今天在介绍优雅代码之前,提出一个解决问题的方法论。

 

复杂问题都是由简单问题组成的,先解决简单问题。

 

言简意赅,任何复杂问题都是纸老虎。当你面对99*99时,你就要考虑将他变成1+1,然后解决1+1

 

有了这个方法论,面对1-20的全排列。你知道怎么做了吧。没错,转变成AB的全排列。

 

AB:  AB  BA

 

太简单了,加个“C”吧。

 

ABC:  ABC ACB BAC BCA CAB CBA

 

看见标红色的字母了吧,无视它的存在, 就变成了 AB BCAC  全排列。

 

大问题可沿用小问题的解法,让你想到了什么。一个是递归,一个是动态规划。这里显然适合用递归。

假设有n个字符,基本的算法就是:

1.n>2时,变成n-1问题

2.n=2时,输出

3.滚动数组

 

于是,一个优雅的方案浮出水面:

 

### Python 实现全排列算法示例 以下是几种常见的实现方式及其代码示例: #### 方法一:递归法 递归是一种简单而优雅的方式,用于生成给定列表的所有全排列。 ```python def perm(l): if len(l) <= 1: return [l] r = [] for i in range(len(l)): s = l[:i] + l[i+1:] p = perm(s) for x in p: r.append([l[i]] + x) return r ``` 上述代码通过递归调用 `perm` 函数来逐步减少输入列表长度并构建最终的结果集合[^1]。 --- #### 方法二:回溯法 回溯法利用深度优先搜索的思想,在每次决策时尝试所有可能的选择,并在不满足条件时撤销当前选择以继续探索其他路径。 ```python class Solution: def permute(self, nums: list[int]) -> list[list[int]]: def backtrack(start=0): if start == len(nums): result.append(nums[:]) return for i in range(start, len(nums)): nums[start], nums[i] = nums[i], nums[start] backtrack(start + 1) nums[start], nums[i] = nums[i], nums[start] result = [] backtrack() return result ``` 此方法的核心在于交换元素位置并通过递归来完成整个过程。它避免了显式的拷贝操作,从而提高了效率[^2]。 --- #### 方法三:字典序算法 字典序算法可以按特定顺序依次生成下一个排列组合,适合于需要连续输出多个排列的情况。 虽然该方法较难理解,但它具有较高的性能优势,尤其是在处理大规模数据集时表现出色。 ```python from typing import List def next_permutation(nums: List[int]): n = len(nums) k = -1 for i in range(n-2, -1, -1): if nums[i] < nums[i+1]: k = i break if k == -1: nums.reverse() return False l = -1 for j in range(n-1, k, -1): if nums[j] > nums[k]: l = j break nums[k], nums[l] = nums[l], nums[k] nums[k+1:] = reversed(nums[k+1:]) return True def generate_all_permutations(nums: List[int]): results = [nums[:]] while next_permutation(nums): results.append(nums[:]) return results ``` 这段代码实现了基于字典序的全排列生成器[^4]。 --- #### 方法四:内置库函数 Python 的标准库提供了非常方便的功能可以直接用来解决此类问题。 ```python import itertools L = [1, 2, 3] permutations = list(itertools.permutations(L)) print(permutations) ``` 这里借助了 `itertools.permutations()` 来快速获得目标序列的所有排列形式[^3]。 --- ### 总结 以上介绍了四种不同的实现方案——递归法、回溯法、字典序算法以及使用内置库函数的方法。每一种都有其适用场景和特点,开发者可以根据实际需求选取最适合的一种。
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