[Leetcode] 46. Permutations

生成排列算法详解
本文介绍了解决给定一组不重复数字生成所有可能排列的问题。提供了两种解决方案:一是使用递归方法,通过不断从原始列表中选取元素并将其添加到新列表中来生成排列;二是采用三层循环方式,在已有的排列基础上插入未排序的元素,生成新的排列。

Problem

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]
]

Idea

  1. 方法一:使用递归,完成遍历“从原始list里面选一个元素,append到新的list中”。
  2. 方法二:使用三层循环–选择未排序的元素,遍历位置插入已排序的list中。

Solution

  1. 方法一
class Solution(object):
    result =[]
    def select(self,res,tmp):
        if len(tmp)==1:
            res.append(tmp[0])
            self.result.append(res)
        else:
            length = len(tmp)
            for i in xrange(0,length):
                res_tmp = list(res)
                tmp_tmp = list(tmp)
                res_tmp.append(tmp[i])
                tmp_tmp.remove(tmp[i])
                self.select(res_tmp,tmp_tmp)
    def permute(self, nums):
        """
        :type nums: List[int]
        :rtype: List[List[int]]
        """
        res=[]
        self.result=[]
        self.select(res,nums)
        return self.result

2.方法二(参考)
很精简的答案!
使用三层循环–外层遍历listnews的每个元素n,中层循环遍历list[list]perms的每个元素perm,内层循环遍历listperm的每个位置,并把元素n插入到listperm中。最后更新perms

def permute(self, nums):
    perms = [[]]   
    for n in nums:
        new_perms = []
        for perm in perms:
            for i in xrange(len(perm)+1):   
                new_perms.append(perm[:i] + [n] + perm[i:])   ###insert n
        perms = new_perms
    return perms
### 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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