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  • 全排列的非递归算法

    还有一篇也很好的文章,讲了字典序和递归分治两种算法:http://blog.csdn.net/jopus/article/details/18998403

    1.全排列的定义和公式:

    从n个数中选取m(m<=n)个数按照一定的顺序进行排成一个列,叫作从n个元素中取m个元素的一个排列。由排列的定义,显然不同的顺序是一个不同的排列。从n个元素中取m个元素的所有排列的个数,称为排列数。从n个元素取出n个元素的一个排列,称为一个全排列。全排列的排列数公式为n!,通过乘法原理可以得到。

    2.时间复杂度:

    n个数(字符、对象)的全排列一共有n!种,所以全排列算法至少时间O(n!)的。如果要对全排列进行输出,那么输出的时间要O(nn!),因为每一个排列都有n个数据。所以实际上,全排列算法对大型的数据是无法处理的,而一般情况下也不会要求我们去遍历一个大型数据的全排列。

    3.列出全排列的初始思想:

    解决一个算法问题,我比较习惯于从基本的想法做起,我们先回顾一下我们自己是如何写一组数的全排列的:1,3,5,9(为了方便,下面我都用数进行全排列而不是字符)。 
    【1,3,5,9】(第一个) 
    首先保持第一个不变,对【3,5,9】进行全排列。 
    同样地,我们先保持3不变,对【5,9】进行全排列。 
    保持5不变,对9对进行全排列,由于9只有一个,它的排列只有一种:9。 
    故排列为【1,3,5,9】 
    接下来5不能以5打头了,5,9相互交换,得到 
    【1,3,9,5】 
    此时5,9的情况都写完了,不能以3打头了,得到 
    1,5,3,9 
    1,5,9,3 
    1,9,3,5 
    1,9,5,3 
    这样,我们就得到了1开头的所有排列,这是我们一般的排列数生成的过程。再接着是以3、5、9打头,得到全排列。

    我们现在做这样的一个假设,假设给定的一些序列中第一位都不相同,那么就可以认定说这些序列一定不是同一个序列,这是一个很显然的问题。有了上面的这一条结论,我们就可以同理得到如果在第一位相同,可是第二位不同,那么在这些序列中也一定都不是同一个序列。 
    那么,这个问题可以这样来看。对 
    T=x1,x2,x3,x4,x5,........xn1,xn 
    我们获得了在第一个位置上的所有情况之后(注:是所有的情况),对每一种情况,抽去序列T中的第一个位置,那么对于剩下的序列可以看成是一个全新的序列 
    T1=x2,x3,x4,x5,........xn1,xn 
    序列T1可以认为是与之前的序列毫无关联了。同样的,我们可以对这个T1进行与T相同的操作,直到T中只一个元素为止。这样我们就获得了所有的可能性。所以很显然,这是一个递归算法。 
    第一位的所有情况:无非是将x1与后面的所有数x2,x3,.......xn依次都交换一次

    示意图如下:

    这里写图片描述


    这里写图片描述


    4.全排列的非去重递归算法

    算法思路:全排列可以看做固定前i位,对第i+1位之后的再进行全排列,比如固定第一位,后面跟着n-1位的全排列。那么解决n-1位元素的全排列就能解决n位元素的全排列了,这样的设计很容易就能用递归实现。

    【附代码段:】

     1 #include<iostream>
     2 using namespace std;
     3 int arr[5]={0,1,2,3,4};
     4 void swap(int x,int y)//用于交换数组的两个数
     5 {
     6     int temp=arr[x];
     7     arr[x]=arr[y];
     8     arr[y]=temp;
     9 }
    10 int resove(int n)//递归函数
    11 {
    12         if(n==5)//当尝试对不存在的数组元素进行递归时,标明所有数已经排列完成,输出。
    13         {
    14             for(int i=0;i<5;i++)
    15             cout<<arr[i]; 
    16             cout<<endl;
    17             return 0;
    18         }
    19         for(int i=n;i<5;i++)//循环实现交换和之后的全排列  
    20         {//i是从n开始 i=n;swap(n,i)相当于固定当前位置,在进行下一位的排列。
    21             swap(n,i);
    22             resove(n+1);
    23             swap(n,i); 
    24         }
    25 
    26 }
    27 int main()
    28 {
    29     resove(0);
    30 }

    排列模板

     1 void permutation1(char* str,int sbegin,int send)    //全排列的非去重递归算法  
     2     {  
     3         if( sbegin == send) //当 sbegin = send时输出  
     4         {  
     5             for(int i = 0;i <= send; i++)   //输出一个排列  
     6                 cout << str[i];  
     7             cout << endl;  
     8         }  
     9         else  
    10         {  
    11             for(int i = sbegin; i <= send; i++) //循环实现交换和sbegin + 1之后的全排列  
    12             {  
    13                 swap(str[i],str[sbegin]);   //把第i个和第sbegin进行交换  
    14                 permutation1(str,sbegin + 1,send);  
    15                 swap(str[i],str[sbegin]);   //【注1】交换回来  
    16             }  
    17         }  
    18     }  

    【注1】swap(str[i],str[sbegin])//交换回来 
    我们来仔细推敲一下循环体里的代码,当我们对序列进行交换之后,就将交换后的序列除去第一个元素放入到下一次递归中去了,递归完成了再进行下一次循环。这是某一次循环程序所做的工作,这里有一个问题,那就是在进入到下一次循环时,序列是被改变了。可是,如果我们要假定第一位的所有可能性的话,那么,就必须是在建立在这些序列的初始状态一致的情况下,所以每次交换后,要还原,确保初始状态一致。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/curo0119/p/8401254.html
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