字符串全排列算法

本文探讨如何解决字符串全排列的问题,通过递归算法详细解释思路,包括递归的终止条件、子问题的求解,并针对有重复字符的情况提出去重规则。最后给出具体的代码实现。

问题

输入一个字符串,打印出该字符串中字符的所有排列。例如输入字符串abc,则输出由字符a,b,c所能排列出来的所有字符串abc,acb,bac,bca,cab和cba。
思路
这是典型的递归求解问题,递归算法有四个特性:
必须有可达到的终止条件,否则程序陷入死循环
子问题在规模上比原问题小
子问题可通过再次递归调用求解
子问题的解应能组合成整个问题的解

对于字符串的排列问题:
如果能生成n-1个元素的全排列,就能生成n个元素的全排列。对于只有一个元素的集合,可以直接生成全排列。所以全排列的递归终止条件很明确,只有一个元素时。我们可以分析一下全排列的过程:
首先,我们固定第一个字符a,求后面两个字符bc的排列
当两个字符bc排列求好之后,我们把第一个字符a和后面的b交换,得到bac,接着我们固定第一个字符b,求后面两个字符ac的排列
现在是把c放在第一个位置的时候了,但是记住前面我们已经把原先的第一个字符a和后面的b做了交换,为了保证这次c仍是和原先处在第一个位置的a交换,我们在拿c和第一个字符交换之前,先要把b和a交换回来。在交换b和a之后,再拿c和处于第一位置的a进行交换,得到cba。我们再次固定第一个字符c,求后面两个字符b、a的排列
既然我们已经知道怎么求三个字符的排列,那么固定第一个字符之后求后面两个字符的排列,就是典型的递归思路了

也就是固定一个字符串之后,之后再将问题变小,只需求出后面子串的排列个数就可以得出结果,当然第一时间想到的就是递归的算法了。

下面这张图很清楚的给出了递归的过程:
在这里插入图片描述
很明显,递归的出口,就是只剩一个字符的时候,递归的循环过程,就是从每个子串的第二个字符开始依次与第一个字符交换,然后继续处理子串。

还有一个问题要注意,就是如果字符串中有重复的字符串

由于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,我们先尝试加个这样的判断——如果一个数与后面的数字相同那么这两个数就不交换 了。例如abb,第一个数与后面两个数交换得bab,bba。然后abb中第二个数和第三个数相同,就不用交换了。但是对bab,第二个数和第三个数不 同,则需要交换,得到bba。由于这里的bba和开始第一个数与第三个数交换的结果相同了,因此这个方法不行。

换种思维,对abb,第一个数a与第二个数b交换得到bab,然后考虑第一个数与第三个数交换,此时由于第三个数等于第二个数,所以第一个数就不再用与第三个数交换了。再考虑bab,它的第二个数与第三个数交换可以解决bba。此时全排列生成完毕!

这样,我们得到在全排列中去掉重复的规则:
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
所以代码如下

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
vector<string> res;
void swap(string& s,int a,int b){
    char pre=s[a];
    s[a]=s[b];
    s[b]=pre;
}
void permutation_process(string s,int begin,int end){
    int k;
    if(begin==end-1){
        res.push_back(s);
    }
    else{
        for(k=begin;k<end;k++){
            swap(s,k,begin);
            permutation_process(s,begin+1,end);
            swap(s,k,begin);
        }
    }
}
int main(){
    string s;
    cin>>s;
    int l=s.size();
    permutation_process(s,0,l);
    int i;
    for(i=0;i<res.size();i++)
    cout<<res[i]<<endl;
    return 0;    
}

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