LeetCode | 46. Permutations

全排列算法解析
本文介绍了一种生成给定集合中所有可能排列的算法,并提供了两种不同的实现方式:一种使用递归并通过标记已使用的元素来生成排列;另一种通过直接对数组进行元素交换来减少额外的空间开销。

Given a collection of distinct numbers, return all possible permutations.

For example,
[1,2,3] have the following permutations:
[
  [1,2,3],
  [1,3,2],
  [2,1,3],
  [2,3,1],
  [3,1,2],
  [3,2,1]
]

题意:给出几个元素,生成这些元素的全排列。递归算法

//22 ms
class Solution {
public:
    int vis[1000000];
    vector<vector<int> > res;

    void f(vector<int>& nums,vector<int>& tmp)
    {
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
        {
            if(vis[i] == 0)         //还没有放进去,压入 vector
            {
                tmp.push_back(nums[i]);
                vis[i] = 1;
                f(nums,tmp);
                vis[i] = 0;
                vector<int>::iterator it = tmp.end();
                it--;
                tmp.erase(it);      //删除刚才放进去的元素
            }
        }
        if(tmp.size() == nums.size())       //全部都放进去了
        {
            res.push_back(tmp);
            return;
        }

    }

    vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums)
    {
        vector<int> tmp;
        f(nums,tmp);
        return res;
    }
};

解法二:solution提供的解法,每次直接对现有数组交换顺序,不需要额外空间,代码量也更少

// 13 ms
class Solution {
public:
    vector<vector<int> > permute(vector<int> &num) {
        vector<vector<int> > result;

        permuteRecursive(num, 0, result);
        return result;
    }

    // permute num[begin..end]
    // invariant: num[0..begin-1] have been fixed/permuted
    void permuteRecursive(vector<int> &num, int begin, vector<vector<int> > &result)    {
        if (begin >= num.size()) {
            // one permutation instance
            result.push_back(num);
            return;
        }

        for (int i = begin; i < num.size(); i++) {
            swap(num[begin], num[i]);
            permuteRecursive(num, begin + 1, result);
            // reset
            swap(num[begin], num[i]);
        }
    }
};
### 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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