【STL】next_permutation的原理和使用

1、碰到next_permutation（permutation：序列的意思）

今天在TC上碰到一道简单题（SRM531 - Division Two - Level One），是求给定数组不按升序排列的最小字典序列（Sequence of numbers A is lexicographically smaller than B if A contains a smaller number on the first position on which they differ）。

解法很简单，就是将数组排序（升序），然后从尾到头找到第一个可以交换的位置（因为可能有重复的数字）。

最后看别人的解法，排序后，用了STL中的一个函数next_permutaion，直接求到第一个不按升序排列的序列。

2、next_permutation实现原理

在《STL源码解析》中找到了这个函数，在此也简单叙述一下原理：

在STL中，除了next_permutation外，还有一个函数prev_permutation，两者都是用来计算排列组合的函数。前者是求出下一个排列组合，而后者是求出上一个排列组合。所谓“下一个”和“上一个”，书中举了一个简单的例子：对序列 {a, b, c}，每一个元素都比后面的小，按照字典序列，固定a之后，a比bc都小，c比b大，它的下一个序列即为{a, c, b}，而{a, c, b}的上一个序列即为{a, b, c}，同理可以推出所有的六个序列为：{a, b, c}、{a, c, b}、{b, a, c}、{b, c, a}、{c, a, b}、{c, b, a}，其中{a, b, c}没有上一个元素，{c, b, a}没有下一个元素。

next_permutation的函数原型如下：

Cpp代码  

template<class BidirectionalIterator>  
bool next_permutation{ 
      BidirectionalIterator _First,   
      BidirectionalIterator _Last  
};  
template<class BidirectionalIterator, class BinaryPredicate>  
bool next_permutation{ 
      BidirectionalIterator _First,   
      BidirectionalIterator _Last,  
      BinaryPredicate _Comp  
 };  

 对于第二个重载函数的第三个参数，默认比较顺序为小于。如果找到下一个序列，则返回真，否则返回假。

函数实现原理如下：

在当前序列中，从尾端往前寻找两个相邻元素，前一个记为*i，后一个记为*ii，并且满足*i < *ii。然后再从尾端寻找另一个元素*j，如果满足*i < *j，即将第i个元素与第j个元素对调，并将第ii个元素之后（包括ii）的所有元素颠倒排序，即求出下一个序列了。

代码实现如下：

Cpp代码  

template<class BidirectionalIterator>  
bool next_permutation(  
      BidirectionalIterator first,   
      BidirectionalIterator last  
)  
{  
    if(first == last)  
        return false; //空序列  
  
    BidirectionalIterator i = first;  
    ++i;  
    if(i == last)  
        return false;  //一个元素，没有下一个序列了  
      
    i = last;  
    --i;  
  
    for(;;) {  
        BidirectionalIterator ii = i;  
        --i;  
        if(*i < *ii) {  
            BidirectionalIterator j = lase;  
            while(!(*i < *--j));  
  
            iter_swap(i, j);  
            reverse(ii, last);  
            return true;  
        }  
          
        if(i == first) {  
            reverse(first, last);  //全逆向，即为最小字典序列，如cba变为abc  
            return false;  
        }  
    }  
  
}  

 prev_permutation实现类似，就是反向查找

3、使用next_permutation

思考问题，序列{a, d, c, e, b}的下一个序列是什么呢？请利用前面的分析推出答案，并用代码验证。

我这里分别用数组和vector来表示序列，用next_permutation得到下一个序列（编译环境：Dev-C++）：

Cpp代码  

#include <cstdlib>  
#include <iostream>  
#include <algorithm>  
#include <vector>  
  
using namespace std;  
  
void TestArray()   
{  
    char chs[] = {'a', 'd', 'c', 'e', 'b'};  
    int count = sizeof(chs)/sizeof(char);  
      
    next_permutation(chs+0, chs + count);  
      
    printf("TestArray:
");  
    for(int i = 0; i < count; i++) {  
            printf("%c	", chs[i]);  
    }  
      
    printf("
");  
}  
  
void TestVector()  
{  
     char chs[] = {'a', 'd', 'c', 'e', 'b'};  
     int count = sizeof(chs)/sizeof(char);  
     vector<char> vChs(chs, chs + count);  
       
     next_permutation(vChs.begin(), vChs.end());  
       
     printf("TestVector:
");  
     vector<char>::iterator itr;  
     for(itr = vChs.begin(); itr != vChs.end(); itr++) {  
             printf("%c	", *itr);  
     }  
     printf("
");  
}  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    TestArray();  
    printf("
");  
    TestVector();  
      
    system("PAUSE");  
    return EXIT_SUCCESS;  
}  

运行结果：

4、小结

用next_permutation和prev_permutation求排列组合很方便，但是要记得包含头文件#include <algorithm>。

        虽然最后一个排列没有下一个排列，用next_permutation会返回false，但是使用了这个方法后，序列会变成字典序列的第一个，如cba变成abc。prev_permutation同理。