全排列——小记

目录

例题1:求全排列

先看下《算法竞赛: 从入门到精通》这本书里面关于全排列的代码

通过这个思想我们可以把交换操作变换为平移操作

例题2 求n个数中的任意m个数的全排列

例题3 求n个数中,任意m个数的组合

借用二进制思考


例题1:求全排列

题目:按照字典序从小到大打印出n个数的全排列(1~n)

比如:n=3,则结果为:

123
132
213
231
312
321

打印全排列有很多种方法,单纯的打印全排列可以使用递归或者BFS

先看下《算法竞赛: 从入门到精通》这本书里面关于全排列的代码

int g_n = 0;
int g_data[11];

void Swap(int *dataA, int *dataB)
{
    int m = *dataA;
    *dataA = *dataB;
    *dataB = m;
}

void PrintData()
{
    for (int i = 0; i < g_n; i++) {
        printf("%d ", g_data[i]);
    }
    printf("\n");
}

void Perm(int begin, int end)
{
    if (begin == end) {
        PrintData();
        return;
    }
    for (int i = begin; i <= end; i++) {
        Swap(&g_data[i], &g_data[begin]);
        Perm(begin + 1, end);
        Swap(&g_data[i], &g_data[begin]);
    }
}

int main()
{
    g_n = 3;
    for (int i = 0; i < g_n; i++) {
        g_data[i] = i + 1;
    }

    Perm(0, g_n - 1);
    return 0;
}

如果n=3则结果为:

1 2 3 
1 3 2 
2 1 3 
2 3 1 
3 2 1 
3 1 2 

运行之后会发现最后两行的字典序是颠倒的,接下来让我们一起分析下颠倒的原因:

代码递归的思路还是比较好理解的,大致的步骤可以分为如下几个步骤:

1. 由123找到最后来个数,交换2和3得到结果:132

    把132还原为123

2. 由123开始找,交换1和2得到结果:213

        由213开始找到最后两个数,交换1和3,得到的结果为:231

        把231还原为213

    把213还原为123

3. 由123开始,交换1和3,得到的结果为321

        由321开始找到最后两个数,交换1和2,得到的结果为312

        把312还原为321

    把321还原为123

通过这个思想我们可以把交换操作变换为平移操作

而如果要得到按字典序的排序,则需要进行平移操作,最简单的思路为:

1. 由123找到最后来个数,把3提到2的前面,得到结果:132

    把132还原为123,还原方法为:把3放到2的后面

2. 由123开始找,把2提到1的前面,得到结果:213

        由213开始找到最后两个数,把3提到1的前面,得到的结果为:231

        把231还原为213,还原方法为:把3放到1的后面

    把213还原为123,还原方位为:把2放到1的后面

3. 由123开始,把3提到1的前面,得到的结果为312

        由312开始找到最后两个数,把2提到1的前面,得到的结果为321

        把321还原为312,还原方法为:把2放到1的后面

    把312还原为123,还原方法为:把3放到2的后面

例题2 求n个数中的任意m个数的全排列

题目:求n个数中的任意3个数的全排列

则只需要把递归的终止条件进行如下改动即可:

    if (begin == 2) {
        PrintData();
        return;
    }

例题3 求n个数中,任意m个数的组合

题目:求n个数中,任意3个数的组合

思路:借用二进制,n位的二进制中1的个数

借用二进制思考

假如有三个数,我们用{A0, A1, A3}表示,它的子集和二进制的关系如下表格所示:

子集A0A1A1,A0A2A2,A0A2,A1A2,A1,A0
二进制000001010011100101110111

拆分来看,3个数的所有子集:只包含1个数的集合,只包含2个数的集合,只包含三个数的集合

只包含1个数的集合:A0; A1; A2,对应二进制为:001, 010, 100(只包含1个1)

只包含2个数的集合:A2,A1; A2, A0; A1, A0,对应的二进制为:110,101,011(只包含2个1)

只包含3个数的集合:A2,A1,A0,对应的二进制为:111(只包含3个1)

因此若求n个数中任意m个数的组合,我们只需要判断所有n位组成的二进制数中,包含多少个m个1,即可判断几个数的组合(组合无序)

代码如下:

void Print_subset(int n)
{
    // 大于由n位组成的数最小的那个数
    int max = (1 << n);
    // 遍历所有的由n位组成的数
    for (int i = 0; i < max; i++) {
        // 判断每一位
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            // 如果第j位为1,则打印
            if (i & (1 << j)) {
                printf("%d", j);
            }
        }
    }
}

直接定位二进制数中1的位置,跳过中间的0

while (kk) {
    kk = kk & (kk - 1);
    num++;
}

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