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排列组合是算法常用的基本工具,如何在c语言中实现排列组合呢?思路如下:
首先看递归实现,由于递归将问题逐级分解,因此相对比较容易理解,但是需要消耗大量的栈空间,如果线程栈空间不够,那么就运行不下去了,而且函数调用开销也比较大。
(1) 全排列:
全排列表示把集合中元素的所有按照一定的顺序排列起来,使用P(n, n) = n!表示n个元素全排列的个数。
例如:{1, 2, 3}的全排列为:
123;132;
213;231;
312;321;
共6个,即3!=321=6。
这个是怎么算出来的呢?
首先取一个元素,例如取出了1,那么就还剩下{2, 3}。
然后再从剩下的集合中取出一个元素,例如取出2,那么还剩下{3}。
以此类推,把所有可能的情况取一遍,就是全排列了,如图:
知道了这个过程,算法也就写出来了:
将数组看为一个集合,将集合分为两部分:0~s和s~e,其中0~s表示已经选出来的元素,而s~e表示还没有选择的元素。
perm(set, s, e) { 顺序从s~e中选出一个元素与s交换(即选出一个元素) 调用perm(set, s + 1, e) 直到s>e,即剩余集合已经为空了,输出set }
c语言代码如下:
void perm(int list[], int s, int e, void (*cbk)(int list[])) { int i; if(s > e) { (*cbk)(list); } else { for(i = s; i <= e; i++) { swap(list, s, i); perm(list, s + 1, e, cbk); swap(list, s, i); } } }
其中:
void swap(int * o, int i, int j) { int tmp = o[i]; o[i] = o[j]; o[j] = tmp; } void cbk_print(int * subs) { printf("{"); for(int i = 0; i < LEN; i++) { printf("%d", subs[i]); (i == LEN - 1) ? printf("") : printf(", "); } printf("}\n"); }
(2)组合:
组合指从n个不同元素中取出m个元素来合成的一个组,这个组内元素没有顺序。使用C(n, k)表示从n个元素中取出k个元素的取法数。
C(n, k) = n! / (k! * (n-k)!)
例如:从{1,2,3,4}中取出2个元素的组合为:
12;13;14; 23;24; 34
方法是:先从集合中取出一个元素,例如取出1,则剩下{2,3,4}
然后从剩下的集合中取出一个元素,例如取出2
这时12就构成了一个组,如图。
从上面这个过程可以看出,每一次从集合中选出一个元素,然后对剩余的集合(n-1)进行一次k-1组合。
comb(set, subset, n, k) { 反向从集合中选出一个元素,将这个元素放入subset中。 调用comb(set, subset, n-1, k-1) 直到只需要选一个元素为止 }
C语言代码如下:
void combine(int s[], int n, int k, void (*cbk)(int * subset, int k)) { if(k == 0) { cbk(subset, k); return; } for(int i = n; i >= k; i--) { subset[k-1] = s[i-1]; if(k > 1) { combine(s, i-1, k-1, cbk); } else { cbk(subset, subset_length); } } }
任何递归算法都可以转换为非递归算法,只要使用一个栈模拟函数调用过程中对参数的保存就行了,当然,这样的方法没有多少意思,在这里就不讲了。下面要说的是用其它思路实现的非递归算法:
(1)全排列:
首先来看一段代码:
#include <iostream> #include <algorithm> using namespace std; int main () { int myints[] = {1,2,3}; cout << "The 3! possible permutations with 3 elements:\n"; sort (myints,myints+3); do { cout << myints[0] << " " << myints[1] << " " << myints[2] << endl; } while ( next_permutation (myints,myints+3) ); return 0; }
这段代码是从STL Permutation上考下来的,要注意的是第10行,首先对数组进行了排序。
第14行的next_permutation()是STL的函数,它的原理是这样的:生成当前列表的下一个相邻的字典序列表,里面的元素只能交换位置,数值不能改变。
什么意思呢?
123的下一个字典序是132,因为132比123大,但是又比其他的序列小。
算法是:
(1) 从右向左,找出第一个比右边数字小的数字A。
(2) 从右向左,找出第一个比A大的数字B。
(3) 交换A和B。
(4) 将A后面的串(不包括A)反转。
就完成了。
好,现在按照上面的思路,写出next_permutation函数:
template <class T> bool next_perm(T * start, T * end) { //_asm{int 3} if (start == end) { return false; } else { T * pA = NULL, * pB; T tmp = * end; // find A. for (T * p = end; p >= start; p--) { if (*p < tmp) { pA = p; break; } else { tmp = *p; } } if (pA == NULL) { return false; } // find B. for (T * p = end; p >= start; p--) { if (*p > *pA) { pB = p; break; } } // swap A, B. tmp = *pA; *pA = *pB; *pB = tmp; // flip sequence after A for (T *p = pA+1, *q = end; p < q; p++, q--) { tmp = *p; *p = *q; *q =