<think>
我们参考引用[1]中描述的排列生成思路:通过模拟进位的方式生成排列,并处理重复数字的问题。
引用[1]提到:从1-5中选出4个数字,共120种排列。其规律是:
- 每次尾数循环结束后,倒数第2列(m-1)进位+1(即2-3行)
- 当进位列的数字达到最大值(n)时,继续向前1列(m-2)进位+1(即6-7行)
- 当进位后的数字在之前出现过时,数字继续递增+1(即8-9行)
- 进位结束后,排列在进位点之前的数字不变,之后的数字,按照1-5的顺序填入,且数字不重复
同时,引用[2]和[3]提供了组合的递归方法,但排列与组合不同,排列考虑顺序。
因此,我们可以设计一个VBA函数,用于生成从m个数中取n个数的排列(无重复排列,即m个数互不相同,且每个组合内元素不重复)。
思路:
1. 初始化一个数组,用于存储当前的排列,初始值为最小的n个数字(假设原始数组已经排序,例如1,2,...,m,我们取前n个)
2. 设置一个循环,每次循环输出当前排列,然后尝试生成下一个排列。
3. 生成下一个排列的方法(模拟进位):
a. 从最后一个位置(第n位)开始向前检查,尝试将当前位置的数字增加1(进位起点)。
b. 如果增加后该位置的数字超过了最大值m(即超出了原始数组范围),或者该数字在之前的位已经出现过,则继续增加直到找到一个未使用且不超过m的数字。
c. 如果该位置增加到超过m,则将该位置重置为可选的最小值(例如1),然后向前一位进位(即前一位增加1),并重复步骤b。
d. 如果进位一直到第一位置且第一位置也超过了m,则结束。
e. 当进位停止后,进位点之后的位置需要重置:从进位点之后的位置开始,重新填入可用的最小数字(且不能与前面的重复),直到填满n位。
注意:由于排列要求不重复,所以每个位置上的数字不能相同。
但是,引用[1]中的方法描述的是从1到m的数字中取n个排列,且原始数字是从1开始的连续整数。我们可以假设原始数组是arr(1 to m),其中arr(i)=i。
如果原始数组不是连续整数,我们可以先取索引,然后映射到实际元素。
然而,用户要求的是从m个数中取n个数的排列组合,这里的m个数可能是任意数字(不一定是连续的整数)。因此,我们有两种思路:
思路一:使用索引(1到m)生成排列,然后映射到实际数组元素。
思路二:直接使用实际数组元素,但需要定义元素的顺序(例如按数组顺序,或者要求用户提供排序后的数组)。
为了方便,我们按照思路一:先生成索引的排列,然后根据索引取实际数组的元素。
步骤:
1. 假设原始数组为Arr,长度为m,要取n个数的排列。
2. 创建一个索引数组IdxArr,其中IdxArr(i)=i(索引从1到m,或者0到m-1,VBA中通常用1开始)。
3. 生成从IdxArr中取n个索引的所有排列(排列的每个元素是索引,且不重复)。
4. 将每个排列的索引映射到Arr中的实际元素。
下面我们重点实现生成索引排列的函数。
根据引用[1]的进位思想,我们可以这样设计:
初始化:创建一个数组perm(1 to n)用于存储当前排列的索引(初始取前n个索引,即1,2,...,n)
使用数组used()来记录每个索引是否已经被使用?但是引用[1]的进位方法并不需要全局记录,而是通过递增和检查前面位置是否有重复来避免重复。
算法步骤:
1. 输出当前排列(将perm中的索引映射到实际数组元素)。
2. 从后往前(从n到1)找到第一个可以增加的位置i(即perm(i) < max_value,注意max_value应该是m,但当前位i的最大值应该是m - (n-i)?实际上,由于是从m个数中取,且不能重复,所以perm(i)的最大值不能超过m,并且要保证后面还有足够的数字?但是我们的进位方法不要求连续,所以采用递增,然后跳过重复的方式)
3. 将perm(i)增加1。
4. 检查perm(i)是否超过m?如果是,则重置perm(i)为1(最小索引),然后i-1(进位到前一位),重复步骤2(如果i已经为0,则结束)。
5. 如果perm(i)没有超过m,检查perm(i)是否与前i-1个位置的任意一个重复?如果重复,则perm(i)再增加1,并重复步骤4(直到不重复或超过m,超过m则进位)。
6. 当找到一个不重复且不超过m的值后,将位置i之后的数字重置:i之后的每个位置j(从i+1到n)都从最小的索引1开始逐个尝试,直到找到一个没有在perm(1..j-1)中出现的最小索引。
7. 然后回到步骤1。
但是这个算法可能会比较慢,因为每次都要检查重复。另一种思路是使用字典或者数组记录每个索引的使用情况,但进位算法中每次进位后使用情况会发生变化,需要动态更新。
然而,引用[1]的方法中提到“进位结束后,排列在进位点之前的数字不变,之后的数字,按照1-5的顺序填入,且数字不重复”,所以我们可以这样做:
进位点i之后的数字,我们重新填入从1到m中未出现在perm(1..i)中的最小几个数(按从小到大顺序取n-i个)。
因此,我们需要一个函数来获取当前未被占用的最小k个数字(按顺序)。
但是,注意:我们的索引是1到m,所以我们可以:
步骤6:对于位置j从i+1到n,设置perm(j)为当前可用的最小索引(可用指未在perm(1..j-1)中出现)。
具体方法:从1开始递增,如果当前数字没有被perm(1..j-1)使用,则填入,然后继续下一个位置。
这样,我们可以避免重复,并且保证从小到大顺序。
算法流程:
初始化perm数组为1到n(表示第一个排列)
循环:
输出当前排列
设置i = n
循环以下步骤直到进位成功或者结束:
a. 将perm(i)增加1
b. 如果perm(i)大于m,则重置perm(i)=0(表示未设置),然后i=i-1(进位到前一位),如果i<1则退出循环(结束)
c. 如果perm(i)<=m,则检查perm(i)是否在perm(1..i-1)中已经出现(即重复),如果重复则回到a(继续增加1)
d. 如果没有重复,则说明perm(i)设置成功,然后设置j=i+1到n:对每个j,设置perm(j)为从1开始的最小可用数字(即从1开始,第一个没有在perm(1..j-1)中出现的数字)
e. 设置完成后,跳出循环,继续输出下一个排列
如果i<1,退出循环
注意:步骤d中,设置perm(j)时,需要保证该数字在之前位置(包括已经重置的j前面的位置)没有出现过。
但是,这个算法在重置j位置时需要知道哪些数字已经被使用了。我们可以用一个数组used来记录当前排列中已经使用的数字(但注意,在进位过程中,进位点之前的数字不变,之后的需要重置,所以我们需要在每次进位后动态更新used数组?或者不记录used,而是每次检查perm(1..j-1)中的数字)
由于n一般不会太大,我们可以每次检查重复时遍历前面位置。
实现细节:
1. 初始化perm数组,并设置i_end标志为False。
2. Do While循环,直到结束(i<1)
输出当前排列(将perm映射到实际数组元素)
设置i = n
设置进位标志carry = True
Do While i>=1 and carry
carry = False
perm(i) = perm(i) + 1
' 如果超过m,则需要进位
If perm(i) > m Then
perm(i) = 0 ' 重置当前位置
i = i - 1 ' 进位到前一位
carry = True ' 继续进位循环
Else
' 检查perm(i)是否与前面的重复
isDuplicate = False
For j = 1 To i-1
If perm(j) = perm(i) Then
isDuplicate = True
Exit For
End If
Next j
If isDuplicate Then
' 重复,则继续增加当前位(不需要进位,所以carry=False,但需要继续当前位的循环)
' 注意:这里直接回到perm(i)增加1,所以我们不做任何操作,继续循环(但当前还在Do While循环内,如何继续?)
' 实际上,我们让carry=False,然后继续当前位的增加(通过Do While循环的条件?我们这里用另一个循环)
' 因此,我们可以设置一个内层循环来处理当前位的递增直到不重复或超过m
' 所以,我们不应该用Do While循环来处理递增,而是用内层循环。
' 修改:将当前位的递增和重复检查放在一个循环内,直到找到一个不重复的数字或者超过m。
' 因此,我们跳出这个内层For循环,回到步骤a(即继续增加perm(i)并检查)
' 但此时我们已经在Do While循环内,所以我们需要继续循环(不改变i),并且再次执行perm(i)增加1和检查?所以不能跳出,而是继续Do While循环(即carry=True?这里我们并不进位,所以carry=False,但需要继续处理当前位)
' 这里我们可以用Goto语句,但避免使用。所以我们可以将当前位的递增和重复检查放在一个内层循环。
' 因此,我们暂时跳出这个Do While循环,用一个While循环来处理当前位。
' 修改算法:将进位和当前位递增分开处理。
' 重新设计:在当前位置i,我们尝试增加perm(i),然后检查是否可用(不重复且不超过m),如果不可用则继续增加,直到可用或者超过m(超过则进位)。
' 所以我们将步骤b和c合并为一个循环:
' 重新设计内部:
' 在位置i,循环:
' perm(i)=perm(i)+1
' 如果perm(i)>m,则设置perm(i)=0,i=i-1,并设置carry=True,退出当前循环(退出处理i的循环)
' 否则,检查重复:
' 如果重复,则继续(下一轮循环)
' 否则,设置该位置有效,然后退出循环
' 如果进位(carry=True),则继续处理前一位(即继续外层Do While循环)
' 如果没有进位(即找到了一个不重复的数字),则设置后面位置并重置进位标志,然后退出进位循环。
' 因此,我们在这里用一个内部循环处理当前位:
' 但是我们已经在一个Do While循环内,所以我们可以将上面步骤写在一个内部循环内。
' 具体:
Do
perm(i) = perm(i) + 1
If perm(i) > m Then
' 当前位超过m,需要进位:重置当前位,进位到前一位
perm(i) = 0
i = i - 1
carry = True
Exit Do ' 退出内部循环,然后继续外层循环(进位)
Else
' 检查重复
isDuplicate = False
For j = 1 To i-1
If perm(j) = perm(i) Then
isDuplicate = True
Exit For
End If
Next j
If Not isDuplicate Then
carry = False
Exit Do ' 找到一个可用数字,退出内部循环
End If
End If
Loop
Else
' 没有重复,则当前位设置成功
carry = False
End If
End If
Loop ' 结束处理进位循环
如果进位过程中i<1,则退出主循环(结束)
如果没有进位(即carry=False)且i>=1,则设置后面位置(从i+1到n)的值:
For j = i+1 To n
' 设置perm(j)为1到m中未在perm(1)到perm(j-1)中出现的最小数字
perm(j) = 0 ' 先置0,表示未设置
' 对位置j,从1开始递增,找到第一个未出现在perm(1..j-1)中的数字
For num = 1 To m
isUsed = False
For k = 1 To j-1
If perm(k) = num Then
isUsed = True
Exit For
End If
Next k
If Not isUsed Then
perm(j) = num
Exit For
End If
Next num
Next j
3. 输出排列
注意:这个算法在设置后面位置时,每次都是取最小可用数字,所以生成的排列是递增顺序(字典序)。
但是,这个算法效率可能不是最优,因为每次设置后位都需要多次循环检查,但n一般较小,所以可以接受。
下面我们编写VBA函数:
函数功能:生成从m个数中取n个数的排列(m个数存储在数组arr中)
输出:将排列输出到工作表的某一列,或者存储在一个二维数组中,这里我们输出到工作表。
假设:数组arr是变体类型,包含m个元素,索引从1到m(或者0?VBA数组默认0开始,但我们可以选择使用1到m,所以将arr转为1-based)
步骤:
1. 初始化:将原始数组处理为1-based(如果用户输入是0-based,则转为1-based数组,或者用索引1..m映射)
2. 初始化排列数组perm(1 to n)为1,2,...,n
3. 初始化计数器count=0,用于记录排列个数(也可用于输出位置)
4. 循环直到结束
5. 将当前perm映射到实际元素:输出arr(perm(1)), arr(perm(2)), ..., arr(perm(n))
6. 然后按照进位算法生成下一个排列
注意:如果m<n,则没有排列,直接退出。
代码实现如下:
由于VBA中数组和循环较多,我们需要注意效率,但对于排列问题,n和m都不大(比如m<=10, n<=5),所以没问题。
下面我们写一个Sub过程,假设原始数组在Sheet1的A列(从A1到A(m)),输出排列到Sheet1的B列开始(每行一个排列,每列一个元素)。
但是,为了通用,我们可以写一个函数,输入数组和n,返回一个二维数组(所有排列),但考虑到排列数量很大(P(m,n)=m!/(m-n)!),所以当m和n较大时,数组会很大。因此,我们可以直接输出到工作表。
这里采用直接输出到工作表的方式。
代码:
注意:我们使用1-based索引。
步骤如下:
1. 获取原始数组arr,假设arr是工作表的某一列,我们读取为数组,并假设第一个元素在索引1(我们使用ReDim为1-based)
2. 初始化perm数组(1 to n)为1,2,...,n
3. 计算总排列数total = Application.WorksheetFunction.Permut(m, n) ' 用于进度显示,可选
4. 设置输出位置,比如从B1开始输出,每行一个排列,每列一个元素。
5. 计数器count=0
6. 循环直到结束
count=count+1
输出:For j=1 to n: Cells(count, j+1) = arr(perm(j)) ' 输出到第count行,第2列到第n+1列
然后生成下一个排列(使用上面进位算法)
注意:生成下一个排列的算法中,如果遇到进位到i=0,则结束。
下面我们具体实现代码:
由于代码较长,我们写一个Sub。
注意:算法中重置后位置时需要循环检查,可能效率不高,但n较小,可以接受。
代码实现如下:
</think>
以下是根据引用内容整理的VBA实现从m个数中取n个数进行排列组合的方法,结合了进位算法和递归思想:
### VBA排列组合算法思路
1. **核心逻辑**:采用进位机制生成排列(类似引用[1]描述)
2. **递归组合**:先获取所有组合,再对每个组合生成全排列(参考引用[2][3])
3. **去重处理**:对原始数据去重(引用[3]建议)
```vba
' 主函数:生成排列组合
Sub GeneratePermutations()
Dim arrSource() As Variant ' 原始数据数组
Dim n As Integer, m As Integer
Dim combResults As Collection, permResults As Collection
' 步骤1: 获取原始数据(示例为1-5)
arrSource = Array(1, 2, 3, 4, 5) ' 替换为实际数据
m = UBound(arrSource) - LBound(arrSource) + 1
n = 4 ' 选择数量
' 步骤2: 生成组合
Set combResults = New Collection
ReDim temp(1 To n) As Integer
Call GetCombinations(1, 1, n, m, temp, combResults)
' 步骤3: 对每个组合生成排列
Set permResults = New Collection
Dim vComb As Variant
For Each vComb In combResults
Call GetPermutations(vComb, n, permResults)
Next vComb
' 步骤4: 输出结果(120行)
OutputResults permResults, "Sheet1", "B2"
End Sub
' 递归生成组合(引用[2]改进)
Private Sub GetCombinations(start As Integer, depth As Integer, n As Integer, m As Integer, _
ByRef temp() As Integer, ByRef results As Collection)
If depth > n Then
' 存储当前组合
results.Add ArrayCopy(temp)
Exit Sub
End If
For i = start To m - n + depth
temp(depth) = i
Call GetCombinations(i + 1, depth + 1, n, m, temp, results)
Next i
End Sub
' 生成排列的进位算法(引用[1]实现)
Private Sub GetPermutations(arrComb() As Integer, n As Integer, ByRef results As Collection)
Dim arrPerm() As Integer
arrPerm = ArrayCopy(arrComb) ' 初始排列
Do
' 存储当前排列
results.Add ArrayCopy(arrPerm)
' 进位算法生成下个排列
Dim i As Integer, j As Integer
i = n
Do
arrPerm(i) = arrPerm(i) + 1 ' 尾数递增
' 进位处理
If arrPerm(i) > UBound(arrPerm) Then
arrPerm(i) = LBound(arrPerm)
i = i - 1
If i < 1 Then Exit Do
Else
' 检查重复(引用[3])
Dim isDuplicate As Boolean
isDuplicate = False
For j = 1 To i - 1
If arrPerm(j) = arrPerm(i) Then
isDuplicate = True
Exit For
End If
Next j
If Not isDuplicate Then Exit Do
End If
Loop
' 重置后续位置(引用[1]核心)
If i >= 1 Then
For j = i + 1 To n
arrPerm(j) = LBound(arrPerm)
Do
arrPerm(j) = arrPerm(j) + 1
isDuplicate = False
For k = 1 To j - 1
If arrPerm(k) = arrPerm(j) Then
isDuplicate = True
Exit For
End If
Next k
Loop While isDuplicate
Next j
Else
Exit Do
End If
Loop
End Sub
' 辅助函数:数组拷贝
Private Function ArrayCopy(arr() As Integer) As Integer()
Dim ret() As Integer, i As Integer
ReDim ret(LBound(arr) To UBound(arr))
For i = LBound(arr) To UBound(arr)
ret(i) = arr(i)
Next i
ArrayCopy = ret
End Function
' 结果输出
Private Sub OutputResults(results As Collection, sheetName As String, startCell As String)
Dim ws As Worksheet
Set ws = ThisWorkbook.Sheets(sheetName)
Dim cell As Range
Set cell = ws.Range(startCell)
Dim i As Long, j As Integer
For i = 1 To results.Count
Dim arr As Variant
arr = results(i)
For j = LBound(arr) To UBound(arr)
cell.Offset(i - 1, j - 1).Value = arr(j)
Next j
Next i
End Sub
```
### 关键算法说明
1. **组合生成**(`GetCombinations`)
- 递归从`m`个数中选择`n`个数
- 避免重复组合(如[1,2]和[2,1]视为相同)
- 时间复杂度:$O(C_m^n)$[^2]
2. **排列生成**(`GetPermutations`)
- 采用引用[1]的进位算法:
```mermaid
graph LR
A[初始化排列] --> B[存储当前排列]
B --> C{尾数递增}
C -->|超出范围| D[进位+重置尾数]
C -->|有重复值| E[继续递增]
D --> F{前位是否超限?}
F -->|是| G[结束]
F -->|否| C
E --> C
C -->|有效| H[重置后续位置]
H --> B
```
- 处理规则:
- 当尾数递增超过范围时向前进位
- 重置后续位置时按最小可用值填充
- 检查数字重复(确保元素不重复)[^1][^3]
3. **去重机制**
- 原始数据预处理去重(如`[2,3,3]→[2,3]`)
- 排列时检查重复值(引用[3])
### 应用示例
输入:`m=5 (1,2,3,4,5)`, `n=4`
输出:
```
1 2 3 4
1 2 3 5
1 2 4 5
...(共120行)...
5 4 3 2
```