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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:

排列组合算法

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:

121314
2324
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。

组合

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 = tmp

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