算法总结(9)--全排列问题

本文详细解析了LeetCode上的全排列及其去重问题,涵盖了递归算法实现、下一序列求解策略及第k个序列的计算方法。通过实际代码示例,帮助读者深入理解并掌握这些经典算法。

leetcode上涉及到的全排列,注意数组的有序,无序,数组元素是否有重复的
主要是递归算法
每个问题记住关键点,注意特殊处理


全排列问题转载
http://blog.youkuaiyun.com/morewindows/article/details/7370155/

求下一序列问题转载
http://www.cnblogs.com/warmland/p/5219217.html


1。 全排列就是从第一个数字起每个数分别与它后面的数字交换

2。 去重的全排列就是从第一个数字起每个数分别与它后面非重复出现的数字交换

3。 求下一序列 4个步骤

  1. 从后往前找到第一个不是递增的数字的位置,记录下为p,如果p已经走到尽头,那么直接颠倒所有数字然后返回

  2. 从p往后找到比p大的最小的那个数的位置q(第一个比p位置大的)

  3. 交换p,q的位置

  4. 对于p之后(不包括p)的所有数 逆序


46. Permutations(全排列)

题目地址

https://leetcode.com/problems/permutations/

ac代码要记牢

数组数字不重复,最基础的递归, 直接敲出来

class Solution {
private:
    vector<vector<int>> ans;

public:

    void recursion(int k,vector<int> nums, int n)
    {
        if (k >= n)
            return;
        if (k == n - 1){
        /*  for (int i = 0; i < n; i++)     
                cout << nums[i] << " ";
            cout << endl;*/
            ans.push_back(nums);
        }
        for (int i = k; i < n; i++)
        {
            swap(nums[k], nums[i]);
            recursion(k + 1, nums, n);
            swap(nums[k], nums[i]);
        }
    }

    vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) { // nums是distinct
        int n = nums.size();
        if (n == 0)
            return ans;
        recursion(0, nums, n);
        return ans;
    }
};

47. Permutations II(全排列去重)

题目地址

https://leetcode.com/problems/permutations-ii/

求解思路

去重:可以采用排序判断,set集合等,或者自己写个方法判重
总之记住上面去重的方法

31. Next Permutation(下一序列)

题目地址

https://leetcode.com/problems/next-permutation/

ac代码

class Solution {
public:

    void rev(vector<int> &nums, int left, int right){
        for (int i = left; i <= (left + right) / 2; i++){
            int tmp = nums[i];
            nums[i] = nums[right - i + left];
            nums[right - i + left] = tmp;
        }
    }


    void nextPermutation(vector<int>& nums) {
        int n = nums.size();
        if (n <= 1)
            return;

        int pos = n - 1;
        while (pos > 0 && nums[pos-1] >= nums[pos]){ // 从后往前递增,等号问题
            pos--;
        }
        if (pos > 0){

            //int val = nums[pos - 1];
            // 找到val之后的比 val大的最小的一个数
            int j = n - 1;
            while (nums[j] <= nums[pos-1]){
                j--;
            }

            // swap
            int tmp = nums[j];
            nums[j] = nums[pos-1];
            nums[pos-1] = tmp;

            // reverse val之后的所有数
            rev(nums, pos, n - 1);
        }
        else{
            rev(nums, 0, n - 1);
        }
    }
};

60. Permutation Sequence

题目地址

https://leetcode.com/problems/permutation-sequence/

题目求解

求序列的第k个序列

利用数字规律,递归求解,全排列共n!种

class Solution {
public:

    string ans;

    vector<int> jieceng;

    void dfs(string v, int n, int k) //递归
    {
        if (n == 0)
            return;

        int index = n - 1;
        for (int i = 1; i < n; i++)
        {
            if (k <= i * jieceng[n - 1])
            {
                index = i - 1;
                break;
            }
        }

        //printf("%c",v[index]);
        ans += v[index];

        v.erase(v.begin() + index);

        dfs(v, n - 1, k - index*jieceng[n - 1]);

    }

    string getPermutation(int n, int k) {

        ans = "";
        jieceng.resize(n + 1);
        jieceng[0] = 1;

        for (int i = 1; i <= n; i++)
        {
            jieceng[i] = jieceng[i - 1] * i;
        }
        if (k <= 0 || k > jieceng[n])
        {
            return ans;
        }

        string s = "";
        for (int i = 1; i <= n; i++)
            s += (i + '0');

        dfs(s, n, k);

        return ans;
    }
};
<think>好的,我现在需要帮用户解决如何用C语言实现基于交换法的全排列生成算法(Perm1)的问题。首先,我得回忆一下全排列的生成方法。交换法通常是通过递归实现的,每次固定一个位置的元素,然后递归地处理剩下的元素。用户提到需要包含递归函数和完整的输入输出示例,所以代码结构应该包括主函数和perm函数。 首先,我需要确定递归函数的设计。基本思路是,对于数组的每个位置,依次交换当前位置和其他位置的值,然后递归处理下一个位置。当处理到最后一个元素时,输出当前排列。但要注意,用户提供的引用中提到了优化全排列算法,特别是处理重复元素的情况。不过用户这次的问题可能不需要处理重复,但可能需要考虑这一点。不过根据问题描述,用户可能只需要基本实现,所以暂时先不考虑去重,但可以提一下优化的可能性。 接下来,编写递归函数。参数应该包括数组、当前处理的起始位置和结束位置。例如,perm(int arr[], int start, int end)。当start等于end时,说明已经排列完成,可以输出数组。否则,循环从start到end,交换arr[start]和arr[i],然后递归调用perm(arr, start+1, end),之后再交换回来,恢复数组状态,避免影响后续的交换。 然后,主函数部分需要处理输入输出。用户可能需要输入一个数组,比如输入n个元素,然后生成全排列。例如,输入数组{1,2,3},输出所有6种排列。但用户提供的引用中有一个示例是main函数中的int a[4] = {1,2,3,4},然后调用perm(a,0,3)。这可能意味着用户希望直接给出一个示例数组,而无需手动输入。但用户的问题中提到需要完整的输入输出示例,所以可能需要让用户输入元素个数和具体的元素,或者使用固定数组。考虑到代码的简洁性,可能先使用固定数组,然后说明如何修改为手动输入。 检查引用的代码,引用[1]中的perm函数调用是perm(a,0,3),而引用[2]中的代码是处理排列生成的,但用的是C++的语法。用户需要的是C语言实现,所以需要调整。例如,在C中,数组作为参数传递时,需要传递指针,并且在递归中交换元素。 现在,考虑代码的正确性。例如,对于数组{1,2,3},递归过程应该是这样的:第一次交换0和0,然后处理子问题perm(arr,1,2),接着交换回来。在子问题中,同样交换1和1,然后处理到结束,输出。再回到上一层,交换0和1,然后递归处理,依此类推。 另外,用户提供的引用[3]中有C代码的例子,可以借鉴输入输出的处理。例如,使用scanf和printf进行输入输出。但用户可能需要更简单的示例,比如固定数组,或者允许用户输入数组元素。根据用户的需求,可能需要两种版本:一种是固定数组的示例,另一种是允许用户输入的版本。不过用户的问题可能更倾向于展示算法本身,所以可能采用固定数组,并给出输入输出的示例。 现在,编写代码的大纲: 1. 包含必要的头文件,比如stdio.h。 2. 定义交换函数,或者直接在perm函数中使用交换。 3. perm函数:递归生成排列。 4. 主函数:初始化数组,调用perm函数。 例如: #include <stdio.h> void swap(int *a, int *b) { int temp = *a; *a = *b; *b = temp; } void perm(int arr[], int start, int end) { if (start == end) { // 输出当前排列 for (int i = 0; i <= end; i++) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\n"); return; } for (int i = start; i <= end; i++) { swap(&arr[start], &arr[i]); perm(arr, start + 1, end); swap(&arr[start], &arr[i]); // 回溯 } } int main() { int a[] = {1, 2, 3}; int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]); perm(a, 0, n - 1); return 0; } 这个代码应该可以生成全排列。测试一下,比如输入1,2,3,输出6种排列。但需要验证是否正确。例如,输出是否包含所有可能的排列,是否有重复等。此外,用户提到的引用[1]中的perm函数调用是perm(a,0,3),这里对应的是数组长度4的情况,但示例中用了3个元素。可能需要调整。 另外,用户可能希望输入更灵活,例如手动输入元素。这时候可以修改主函数,让用户输入元素个数和元素值。例如: int main() { int n; printf("请输入元素个数:"); scanf("%d", &n); int a[n]; printf("请输入%d个元素:", n); for (int i = 0; i < n; i++) { scanf("%d", &a[i]); } perm(a, 0, n - 1); return 0; } 但需要注意,变长数组在C99之后支持,如果编译器不支持可能会有问题。所以可能更安全的方式是使用固定大小的数组,或者动态分配内存。但为了示例的简洁,可能还是使用固定数组更合适。 另外,处理重复元素的情况。例如,如果数组中有重复元素,当前代码会生成重复的排列。如用户引用[1]中提到的优化全排列算法考虑重复元素,可以提到这一点,但可能需要额外的判断。例如,在交换前检查是否已经交换过相同的元素,如果是则跳过。例如: 在perm函数中,循环内加入判断: for (int i = start; i <= end; i++) { // 如果当前元素与之前的元素相同,跳过 if (i != start && arr[i] == arr[start]) continue; swap(...); ... } 不过这可能不完全正确,正确的做法是在交换前检查是否已经处理过相同的元素,避免重复。例如,先对数组进行排序,然后在交换时,如果当前元素和之前某个元素相同,并且已经被处理过,则跳过。这部分可以作为优化提到,但用户的问题可能只需要基本实现,所以可能放在相关问题中。 现在,总结代码部分是否正确。例如,当start=0,i=0时,交换自身,递归处理start=1到end。当i=1时,交换arr[0]和arr[1],然后处理start=1,依此类推。这样能生成所有排列。测试案例,比如输入1,2,3,输出6种排列,顺序是否正确。 此外,用户需要完整的输入输出示例,所以在回答中需要给出示例输入和输出的情况,比如输入数组{1,2,3}时的输出结果。 最后,确保代码符合C语言标准,比如使用正确的语法,函数声明,指针传递等。</think>以下是用C语言实现基于交换法的全排列生成算法(Perm1)的代码实现及详细说明: ### 代码实现 ```c #include <stdio.h> // 交换两个整数的值 void swap(int *a, int *b) { int temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 递归生成全排列 void perm(int arr[], int start, int end) { if (start == end) { // 到达最后一个元素,输出当前排列 for (int i = 0; i <= end; i++) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\n"); return; } for (int i = start; i <= end; i++) { swap(&arr[start], &arr[i]); // 固定当前位置 perm(arr, start + 1, end); // 递归处理后续位置 swap(&arr[start], &arr[i]); // 回溯,恢复原始顺序 } } // 输入输出示例 int main() { int a[] = {1, 2, 3}; // 输入数组示例 int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]); perm(a, 0, n - 1); // 调用全排列函数 return 0; } ``` ### 输入输出示例 **输入**:数组 `{1, 2, 3}` **输出**: ``` 1 2 3 1 3 2 2 1 3 2 3 1 3 2 1 3 1 2 ``` ### 算法说明 1. **交换法原理**: 通过递归地交换元素位置生成全排列。每次固定一个位置的元素(如索引`start`),递归处理后续子数组,最后回溯恢复原数组顺序[^1]。 2. **时间复杂度**: 全排列的时间复杂度为 $O(n!)$,其中 $n$ 是数组长度。对于输入 `{1,2,3}`,共生成 $3! = 6$ 种排列。 3. **重复元素处理**: 若数组存在重复元素(如 `{1,1,2}`),当前算法会生成重复排列。可通过添加条件判断跳过重复交换来优化。
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