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排列组合算法(C++)

C++的STL中实现的排列组合算法

排列和组合是两种不同的算法,排列所求的k个数,数的排序不同则为一种不同情况,总共有k!中可能情况

求全排列最常用的算法就是按照字典式排序(STL),字典式排序从第一位开始找最小的数,然后依次找每一位能够存在的最小的数(和已存在的排列不重复),主要步骤如下(以123456为例):

  1. 第一个数是每一位能取到的最小的数,也就是123456
  2. 从第二个数开始就按照以下算法来寻找:
    • 在上一个排列中, 找到最后一个连续两个数组成的正序 ,比如123456,从后向前,56是正序,45,34,23,12都是正序,最后一个正序是56
    • 在正序组成的两个数中较小的数,也就是前面的数a(5)的后面找一个比它大的最后一个数b(6)
    • 交换这两个数a、b
    • 将b后面(原先a的位置)的序列反序(从小到大排序)。
    • 得到新的排列,也就是字典式排列的下一个排列。

对上述的算法进行分析(因为123456比较单一,以263541这个排列为例):

  • 算法第一步找最后一个正序(35),因为这是最后一个正序,所以在3后面的数中,必然是从大到小的排序方式(541)。
  • 第二步从后向前找第一个比3大的数。结合上一步,从后向前找,也就是从小到大找,所以找到的数必然是比3大的数中最小的数。前面说了,字典式排序找每一位能够取到的最小的数,如果我们要替换3这个位置的数,必然是取比3大的数中最小的数,所以按照这一步,能够取到这个数。
  • 第三步,交换这两个数。这很明白,就是替换掉
  • 第四步,将替换掉的数后面的数反序。这也很明白,每一位取能够取到的最小的数。

综上,可以分析出,这个算法能够有规律的找出所有的排列。

STL提供了用来计算下一个排列关系的算法,分别是next_permucation以及求上一个排列的prev_permucation

下面给出我自己的求全排列的搜索实现。

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#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <iostream>

using namespace std;
class Solution {

public:
vector< vector<int> > result;

vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) {

vector<int> tmp;

if(nums.size() <= 1)
{
result.push_back(nums);
return result;
}

dfs(0, nums);
return result;

}

void dfs(int index, vector<int> nums)
{
if(index == nums.size())
{
cout << "---" <<endl;
vector<int> tmp;
for(int i = 0; i < nums.size(); ++i)
{
tmp.push_back(nums[i]);
}
result.push_back(tmp);
return;
}

// 将nums[index] 与后面的每个数交换,然后递归遍历交换之后的序列
for(int j = index; j < nums.size(); ++j)
{
cout << "***" <<endl;
swap(nums[j], nums[index]);
cout << index + 1 << endl;
dfs(index+1, nums);
//swap(nums[j], nums[index]);
}
}

void swap(int &a, int &b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
};

int main(int args, char* argv[])
{

int i, j;
int numbers[] = {1,2,3,4};
vector<int> nums(numbers, numbers + sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]));
Solution s;
vector< vector<int> > result = s.permute(nums);

cout << result.size() << endl;
for (i = 0; i<result.size(); i++)
{
for (j = 0; j<result[i].size(); j++)
{
cout << result[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}

system("pause");
return 0;
}