Even法生成排列

1.    Even法生成排列

1.1.算法描述

Even算法的过程描述如下

（1）求出最大的活动整数m

（2）交换m和其箭头所掼向的与其相信的整数。

（3）交换所有满足p>m的整数的p的方向。

1.2.算法分析

由于每个数字还带有方向这个属性，因些需要使用自己定义数据类型。本算法中用一个结构来表示，结构有两个域，一个代表值，一个代码方向。

算法最大的难点在于，一是判断当前元素是否活动，二是需要找到最大的活动的元素。

通过试验生成过程，可以发现，其中最活跃的元素就是最大的那个元素，因为每交换一个比它小的元素，它都会由不活动状态变成活动状态。因此，在算法的实现上，要格外关注最大的那个元素。事实上，整个算法主要是在将最大的那个元素进行移动。也对最大的那个元素的位置进行了标识。

判断当前元素是否活动，有三种情况是不活动的：

1. 该元素在第一位，并且指向左边。

2. 该元素在最后一位，并且指向右边。

3. 该元素在中间，并且指向的元素比它要大。

通过这三个条件，就可判断当前元素是否活动的。

考虑扩展性，可排列的元素可以不从0开始，也可以不连续。因为排列归根结底是对元素的下标进行排列。因些可考虑让用户自己定义打印算法。

  1#ifndef U8
  2#define U8 unsigned char
  3#endif // U8
  4
  5#define DIR_LEFT 0 // 箭头向左
  6#define DIR_RIGHT 1 // 箭头向右
  7
  8// 用于输出 一个排列
  9typedef void(*AdjustCallback)(void *const, int size);
 10
 11// 一个排列列的元素，它包括数字和这个数字上箭头的方向
 12typedef struct Item
 13{
 14  int num;
 15  U8 direct; 
 16};
 17
 18// 默认输出排列的函数
 19void def_printarray(void *const array, int size)
 20{
 21  if(array == NULL)
 22    return;
 23  for(int i=0;i<size;i++)
 24  {
 25    cout<<((Item **)array)[i]->num<<' ';
 26  }
 27  cout<<endl;
 28}
 29
 30// 用Even方法生成排列的类
 31class Even
 32{
 33private:
 34  Item **array; // 一队排列数
 35  int size; // 排列数，表明是几排列。如5排列
 36private:
 37  void initarray(); // 初始化排列
 38  void deletearray(); // 删除排列的元素
 39  void printarray(); // 打印排列元素
 40  U8 isMaxActive(Item *item); // 判断最大的元素是否活动
 41  U8 isItemActive(int index); // 判断当前元素是否活动
 42  U8 forward(int index); // 数列元素的一次交换，它是将当前元素与前面（或后面）的元素进行交换，具体根据箭头来判断
 43  void swap(Item **p1, Item **p2); // 具体的交换操作
 44  int getMaxActiveIndex(); // 获取数列中，最大的活动的元素
 45  void adjustPrimar(int index); // 将比当前元素大的元素的方向换向
 46public:
 47  Even();
 48  Even(int size);
 49  virtual ~Even();
 50  void gen(); // 产生排列的主函数
 51  inline int getsize()const;
 52  inline void setsize(int size);
 53  
 54  AdjustCallback _printarray;  // 打印数列的回调函数，支持用户自定义
 55};
 56
 57Even::Even()
 58{
 59  array = NULL;
 60  size = 0;
 61  _printarray = &def_printarray;
 62}
 63
 64Even::Even(int size)
 65{
 66  array = NULL;
 67  this->size = size;
 68  _printarray = &def_printarray;
 69}
 70
 71Even::~Even()
 72{
 73  //
 74}
 75
 76int Even::getsize()const 
 77{
 78  return size;
 79}
 80
 81void Even::setsize(int size)
 82{
 83  deletearray();
 84  this->size = size;
 85} 
 86
 87void Even::printarray()
 88{
 89  if(array == NULL)
 90    return;
 91  for(int i=0;i<size;i++)
 92  {
 93    cout<<array[i]->num<<' ';
 94  }
 95  cout<<endl;
 96}
 97
 98void Even::deletearray()
 99{
100  if(array == NULL)
101    return;
102  
103  for(int i=0;i<size;i++)
104    delete array[i];
105  delete []array;
106  array = NULL;
107}
108
109void Even::initarray()
110{
111  if(size <= 0)
112    return;
113    
114  deletearray();
115  
116  array = new Item* [size];
117  Item *curr;
118  
119  // 
120  for(int i=0;i<size;i++)
121  {
122    curr = new Item; //(Item *)malloc(sizeof(curr));
123    curr->num = i;
124    curr->direct = 0; //<-
125    array[i] = curr;
126  }
127}
128
129void Even::gen()
130{
131  if(size <= 0)
132    return;
133  initarray();
134  
135  Item &max = *(array[size - 1]);
136  int currindex = size - 1;
137  int activeindex = -1;
138  U8 dir;
139  
140  //printarray();
141  _printarray(array, size);
142  do{
143      //  
144      while(isMaxActive(&max))
145      {
146        //exchange
147        dir = forward(currindex);
148        //printarray();
149        _printarray(array, size);
150        // adjust
151        if(dir == DIR_LEFT)
152          currindex--;
153        else currindex++;
154      }
155      
156      // 
157      activeindex = getMaxActiveIndex();
158      if(activeindex == -1)
159       break;
160       
161      dir = forward(activeindex);
162      
163      // 
164      if(dir == DIR_LEFT)
165        activeindex--;
166      else activeindex++;
167      adjustPrimar(activeindex);
168      //printarray();
169      _printarray(array, size);
170      
171  }while(activeindex != -1);
172}
173
174U8 Even::isMaxActive(Item *item)
175{
176  return (item->direct == DIR_LEFT && (item != array[0])) ||
177    (item->direct == DIR_RIGHT && (item != array[size - 1]));  
178}
179
180U8 Even::isItemActive(int index)
181{
182  if(index == 0 && array[index]->direct == DIR_LEFT)
183    return 0;
184  else if(index == size-1 && array[index]->direct == DIR_RIGHT)
185    return 0;
186  if(array[index]->direct==DIR_LEFT && array[index] > array[index-1])
187    return 1;
188  if(array[index]->direct==DIR_RIGHT && array[index] > array[index+1])
189    return 1;
190  return 0;
191}
192U8 Even::forward(int index)
193{
194  Item *item = array[index];
195  if(item->direct == DIR_LEFT && index > 0)
196  {
197    swap(&array[index], &array[index - 1]);
198    return DIR_LEFT;
199  }
200  else if(item->direct == DIR_RIGHT && index < size - 1)
201  {
202    swap(&array[index], &array[index + 1]);
203    return DIR_RIGHT;
204  }
205  return 0;
206}
207
208void Even::swap(Item **p1, Item **p2)
209{
210  Item *tmp = *p2;
211  *p2 = *p1;
212  *p1 = tmp;
213}
214
215int Even::getMaxActiveIndex()
216{
217  int index = -1;
218  Item *currmax = NULL;
219  for(int i=0;i<size;i++)
220  {
221    if(isItemActive(i) && (currmax == NULL || currmax->num < array[i]->num))
222    {
223      index = i;
224      currmax = array[i];
225    }
226  }
227  return index;
228}
229
230void Even::adjustPrimar(int index)
231{
232  for(int i=0;i<size;i++)
233  {
234    if(i==index) continue;
235    if(array[i]->num > array[index]->num)
236      array[i]->direct = (array[i]->direct == DIR_LEFT? DIR_RIGHT:DIR_LEFT);
237  }
238}
239
240void test1();
241void test2();
242void my_printarray(void *const array, int size);
243
244int main(int argc, char *argv[])
245{
246/**//*  int size, selcount;
247  cin>>size;
248  if (size <= 2)
249    return -1;
250    
251  Even e;
252  e.setsize(size);
253  e.gen();
254  */
255// test1();
256   test2();
257  system("PAUSE");    
258  return 0;
259}
260
261void test1()
262{
263  cout<<"请输入排列的阶数：";
264   int size, selcount;
265  cin>>size;
266  if (size <= 2)
267    return;
268    
269  Even e;
270  e.setsize(size);
271  e.gen(); 
272}
273
274int arrTarget[] = {12, 9, 55, 34, 1};
275void test2()
276{
277  cout<<"原数列为：";
278  for(int i=0;i<sizeof(arrTarget)/sizeof(int);i++)
279    cout<<arrTarget[i]<<",";
280  cout<<endl;
281  
282  Even e;
283  e.setsize(5);
284  e._printarray = &my_printarray;
285  e.gen();
286  cout<<endl;
287}
288
289void my_printarray(void *const array, int size)
290{
291  int index;
292  for(int i=0;i<size;i++)
293  {
294    index = ((Item **)array)[i]->num;
295    cout<<arrTarget[index]<<' ';
296  }
297  cout<<endl;
298}