【排列组合】有序进行全排列的几种方法

一. 所谓有序的全排列

如输入不同的数字使其排列后从小到大顺序输出,如:
123
则可以输出如下组合
1 2 3
1 3 2
2 1 3
2 3 1
3 1 2
3 2 1
共六种情况
后面将问题简化一下,输入1-9代表不同的数字1~9,如输入4则对1234进行排序。

二. 有序全排列的思路

1. 数学法
观察a1,a2,a3,...,an的排列情况,假设我需要第k个排列结果。(注意:a1<a2<a3<...<an)
如果第一个元素a1不需要交换,一共有(n-1)!种排列,当k>(n-1)!时,第一个元素必定不是a1了,那会是哪个元素呢?
以这个元素为开头的排列 排列序号
a1 1~(n-1)!
a2 (n-1)!+1~2*(n-1)!
an (n-1)*(n-1)!+1~n!
那么一直求第k个序号的排列,就可以确定第一个元素是多少;
确定第一个元素后,下一层每个元素的范围则缩小到(n-2)!,而问题与上述无异,也就是说,可以利用这种规律,逐个元素求出这个排列。

假设数串为1234,总共有4!=24种排列情况,求第15种排列结果。
第一个元素则为[(15-1)/3!]+1=3,取1234中的第三个作为a1,k=15-6*2=3,未用元素为124
第二个元素则为[(3-1)/2!]+1=2,取124中的第二个作为a2,k=3-2*1=1,未用元素为14
由于为1,所以剩余的则为14顺序
结果为3214
我们按顺序写一下,确保准确无误
1234 1243 1324 1342 1423 1432 2134 2143 2314 2341 2413 2431 3124 3142 3214 3241 3412 3421 4123 4132 4213 4231 4312 4321
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

那么我们用代码把它实现即可(当然,你的实现方法可能更好,因为是很久前写的,将就着看吧)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int find_kth_element(int n, int kth, int **ans){
	int *used;
	int jiecheng, k, temp, ntemp=n, kk;

	for(k=1, jiecheng=1; k<n-1; k++){
		jiecheng *= (k+1);
	}
	used = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	*ans = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	memset(used, 0, sizeof(int)*n);
	
	for(k=0; k<n; k++){
		*(*ans+k) = k;
	}

	if(kth>jiecheng*n)
		return -1;
	n--; k=0; kth--;
	while(1){
		if(kth==0){
			for(; k<ntemp; k++){
				kk=0;
				while(used[kk++]!=0);
				used[kk-1] = 1;
				*(*ans+k) = kk-1;
			}
			break;
		}
		temp=kth/jiecheng;
		kk=0;
		do{
			while(used[kk++]!=0);
			temp--;
		}while(temp>=0);
		*(*ans+k) = kk-1;
		used[kk-1]=1;
		kth = kth%jiecheng;
		jiecheng = jiecheng/n;
		n--; k++;
	}
	//free(used);
	return 0;
}

int main(void){
	int n, kth;
	int *num, k, *ans=NULL;

	printf("n="); scanf("%d", &n);
	printf("kth="); scanf("%d", &kth);
	
	num = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	for(k=0; k<n; k++){
		*(num+k) = k+1;
	}

	find_kth_element(n, kth, &ans);
	for(k=0; k<n; k++){
		printf("%d", *(num+*(ans+k)));
	}

	system("pause");
	return 0;
}

2. 逐层排列法
思路:每层元素交换互不干扰的原则,每层第一个元素与第一个元素、第二个元素。。。交换元素,并保存该层交换结果,直至交换到第n个元素。
以1234为例
第一层为1234  位置1与位置1的元素交换(后面简写成1<->1),得到1234,进入第二层(234), 1<->1,得到234,进入第三层(23),1<->1,得到34, 进入第四层(4),1<->1,得到4,所以,第一个排列结果为1234;
第四层继续交换,1<->2,超出元素个数,返回第三层(34),1<->2,得到43,同样进入第四层(3),。。。得到第二个排列结果为1243;
第四层继续交换,1<->2,超出元素个数,返回第三层(43),1<->3,超出元素个数,返回第二层(234),1<->2,得到324,然后进入第三层(24)。。。得到第三个排列结果1324,紧接着是1342;
在退回第二层(324),当时记录结果是324,那么现在要1<->3,得到423,再进入第三层(23),依次得到1423  1432;
退回第二层,此时1<->4,超出元素个数,返回第一层(1234),1<->2,得到2134,进入第二层(134),从1<->1开始排列,依次得到2134  2143  2314  2341  2413  2431;
返回第一层(2134),1<->3,得到3124,然后依次得到2134  2143  2314  2341  2413  2431
返回第一层(3124),1<->4,得到4123,然后依次得到4123  4132  4213  4231  4312  4321
这样得到了全排列。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

static int sts=0;
void dis_num(int *num, int n){
	int k;
	
	printf("%d: ", sts);
	for(k=0; k<n; k++){
		printf("%d ", *(num+k));
	}
	printf("\n");
}

void quanpailie(int *num, int k, int n){ //按层进行全排列,一层交换方法 1 2 3 4->2 1 3 4->3 1 2 4->4 1 2 3 第一个元素逐个向后交换,然后再对第二位之后的数据进行全排列
	//num:原数字序列,k:从第几个元素开始对调,n:数字序列数字个数
	int *newnum;
	int kk, temp;

	if(k>=n){
		++sts;
		dis_num(num, n);
		return;
	}
	newnum = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	memcpy(newnum, num, sizeof(int)*n);  //不恢复序列就是从小到大,一层交换例子 1 2 3 4->2 1 3 4->3 1 2 4->4 1 2 3
//-------->问题代码,全排列结果非从小到大
	for(kk=k; kk<n; kk++){
		//memcpy(newnum, num, sizeof(int)*n);  //恢复序列,交换下一个元素,这个放的位置不一样,结果就不同
		temp = newnum[k];
		newnum[k] = newnum[kk];
		newnum[kk] = temp;
		quanpailie(newnum, k+1, n);   //交换后,元素k后面的元素进行全排列
	}
}

int main(void){
	int n, k;
	int *num;

	printf("n="); scanf("%d", &n);
	if(n<1&&n>9)
		return 0;
	num = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	for(k=0; k<n; k++){
		*(num+k) = k+1;
	}

	quanpailie(num, 0, n);

	system("pause");
	return 0;
}

3.局部排序
规律:
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。
比如:12345开始组合排列,12354,12435,...,12543,在12位置不变情况下,最大组合情况为12543,然后,比2略大的数必定在从后向前搜索到的第一个数,所以改为13542,此时需要从最小组合开始,对542进行排序,得到结果13245;
又当13位置不变,其最大为13542,向后搜索到比3大的为4,则改为14532,然后对4之后的数排序,的14235. 排序复杂度决定这个算法复杂度。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int find(int *d, int n, int *i, int *ii, int *j){
	int k;
	for(k=n-1; k>=1; k--){
		if(*(d+k-1)<*(d+k)){
			*i=k-1;
			*ii=k;
			break;
		}
	}
	if(k==0)
		return -1;
	for(k=n-1; k>=0; k--){
		if(*(d+*i)<*(d+k)){
			*j = k;
			break;
		}
	}
	return 0;
}

int partition(int *d, int low, int high){
	int temp;

	while(low<high){
		while(low<high&&*(d+low)<=*(d+high)) high--;
		temp = *(d+low);
		*(d+low) = *(d+high);
		*(d+high) = temp;
		while(low<high&&*(d+high)>=*(d+low)) low++;
		temp = *(d+low);
		*(d+low) = *(d+high);
		*(d+high) = temp;
	}
	return low;
}

void quick_sort(int *d, int low, int high){
	int mid;
	if(low<high){
		mid = partition(d, low, high);
		quick_sort(d, low, mid-1);
		quick_sort(d, mid+1, high);
	}
}

void display_full_array(int *d, int n){
	int k;
	int i, ii, j;
	int temp;

	while(1){
		for(k=0; k<n; k++){
			printf("%d", *(d+k));
		}
		printf("\n");
		if(find(d, n, &i, &ii, &j)==-1)
			break;
		temp = *(d+i);
		*(d+i) = *(d+j);
		*(d+j) = temp;
		quick_sort(d, ii, n-1);
	}
}

int main(void){
	int n;
	int *d, k;

	scanf("%d", &n);
	if(n>0&&n<10){
		d = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
		for(k=0; k<n; k++){
			*(d+k) = k+1;
		}
	}
	else
		return 0;

	display_full_array(d, n);

	system("pause");
	return 0;
}



posted @ 2014-08-16 00:46  浴火重生-xhyz  阅读(2394)  评论(0编辑  收藏  举报