5-2 输出全排列 (20分)

本文介绍了一种使用C++实现的全排列算法,并通过9个测试用例演示了如何输出1到n(n<10)的所有数字的全排列。文章提供了完整的代码示例,包括使用next_permutation()函数来生成所有可能的排列。

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请编写程序输出前nnn个正整数的全排列(n<10n<10n<10),并通过9个测试用例(即nnn从1到9)观察nnn逐步增大时程序的运行时间。

输入格式:

输入给出正整数nnn<10<10<10)。

输出格式:

输出1到nnn的全排列。每种排列占一行,数字间无空格。排列的输出顺序为字典序,即序列a1,a2,⋯,an{ a_1, a_2, \cdots, a_n }a1,a2,,an排在序列b1,b2,⋯,bn{ b_1, b_2, \cdots, b_n }b1,b2,,bn之前,如果存在kkk使得a1=b1,⋯,ak=bka_1=b_1, \cdots, a_k=b_ka1=b1,,ak=bk 并且 ak+1<bk+1a_{k+1}<b_{k+1}ak+1<bk+1

输入样例:

3

输出样例:

123
132
213
231
312
321



//C++全排列函数next_permutation();

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    int n;
    cin>>n;
    int a[100];
    for(int i = 1; i <= n;i++)
    {
        a[i-1] = i;
    }
    do
    {
        for(int i = 0; i < n;i++)
        {
            cout<<a[i];
        }
        cout<<endl;
    }
    while (next_permutation(a,a+n));
    return 0;
}

 
### C++ 实现全排列算法 在 C++ 中,可以利用标准库中的 `std::next_permutation` 或者通过手动实现回溯算法来完成全排列的功能。以下是两种常见的方法。 #### 方法一:使用 STL 提供的 `std::next_permutation` C++ 的 `<algorithm>` 头文件提供了两个用于处理排列组合的标准函数:`std::next_permutation` 和 `std::prev_permutation`。这些函数可以直接生成下一个字典序排列或者上一个字典序排列[^1]。 下面是一个完整的示例代码: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; int main() { vector<int> nums = {1, 2, 3}; sort(nums.begin(), nums.end()); // 确保初始状态是最小字典序 do { for (auto num : nums) { cout << num << " "; } cout << endl; } while (next_permutation(nums.begin(), nums.end())); // 循环直到最后一个排列 return 0; } ``` 上述代码会打印出 `{1, 2, 3}` 所有可能的排列情况,并按照字典顺序依次输出--- #### 方法二:基于回溯法的手动实现 如果不想依赖于 STL 函数,可以通过递归的方式手动实现全排列功能。这种方法的核心思想是交换数组中的元素位置并逐步构建解空间树[^4]。 下面是具体的实现代码: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; void backtrack(vector<int>& nums, int start, vector<vector<int>>& result) { if (start == nums.size()) { // 当前路径已经到达叶子节点 result.push_back(nums); return; } for (int i = start; i < nums.size(); ++i) { swap(nums[start], nums[i]); // 做选择 backtrack(nums, start + 1, result); // 进入下一层决策树 swap(nums[start], nums[i]); // 撤销选择 } } vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) { vector<vector<int>> result; backtrack(nums, 0, result); return result; } int main() { vector<int> nums = {1, 2, 3}; vector<vector<int>> permutations = permute(nums); for (const auto& p : permutations) { for (int num : p) { cout << num << " "; } cout << endl; } return 0; } ``` 这段代码定义了一个名为 `permute` 的函数,它接受一个整数向量作为输入参数,并返回该向量的所有排列结果。核心逻辑由辅助函数 `backtrack` 完成,其中包含了典型的深度优先搜索(DFS)过程以及剪枝操作[^5]。 --- #### 方法三:协程方式实现全排列 除了传统的递归和迭代外,还可以借助协程技术简化控制流管理。这种方式尤其适合需要逐个获取排列结果的应用场景[^3]。 不过需要注意的是,在现代 C++ (如 C++20 及以上版本)之前,原生支持协程的能力有限,因此实际应用中往往需要额外引入第三方库或自行封装相关机制。 由于篇幅原因这里不再展开具体实现细节,感兴趣的话可查阅参考资料进一步学习。 --- ### 总结 综上所述,无论是调用内置工具还是编写自定义解决方案,都可以高效地解决问题。对于简单需求推荐直接采用 STL 功能;而对于更复杂的需求,则建议深入研究回溯算法及其变种形式。
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