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懒惰地生成排列

algorithm

我正在寻找一种算法来生成集合的排列,以便可以在Clojure中列出它们的惰性列表。即,我想遍历一系列排列,在我请求之前不会计算每个排列,并且不必将所有排列立即存储在内存中。

或者,我正在寻找一种算法,给定特定集合,该算法将返回该集合的“下一个”排列,以这种方式,在其自己的输出上重复调用该函数将循环遍历原始集合的所有排列,一些订单(顺序无关紧要)。

有这样的算法吗?我见过的大多数置换生成算法都倾向于一次全部生成它们(通常是递归生成),而这些算法不能扩展到非常大的集合。用Clojure(或另一种功能语言)实现可能会有所帮助,但我可以从伪代码中弄清楚。


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2020-07-28

共1个答案

小编典典

是的, “下一个置换”的算法,这是相当简单了。C ++标准模板库(STL)甚至具有称为的功能next_permutation

该算法实际上找到了 下一个 排列-从字典上看是下一个。这个想法是这样的:假设您得到一个序列,说“ 32541”。下一个排列是什么?

如果您考虑一下,就会看到它是“ 34125”。您的想法可能是这样的:在“ 32541”中,

  • 没有办法固定“ 32”并在“ 541”部分中找到更高的置换,因为该置换已经是5,4和1的最后一个-降序排列。
  • 因此,您必须将“ 2”更改为更大的值-实际上,将其更改为比“ 541”部分中更大的最小数字,即4。
  • 现在,一旦您确定排列将以“ 34”开始,其余数字应按升序排列,因此答案为“ 34125”。

该算法将精确地实现这一推理:

  1. 找到以降序排列的最长“尾巴”。(“ 541”部分。)
  2. 将紧邻尾巴的数字(“ 2”)更改为大于尾巴的最小数字(4)。
  3. 尾巴按升序排序。

只要前一个元素不小于当前元素,就可以从结尾开始并向后退,从而高效地执行(1.)。您只需将“ 4”与“ 2”交换即可完成(2.),因此您将拥有“
34521”。一旦执行此操作,就可以避免对(3.)使用排序算法,因为尾部过去(现在)(现在仍在思考)以降序排列,因此只需要反转即可。

C
代码正是这样做的(请查看系统中的源代码/usr/include/c++/4.0.0/bits/stl_algo.h或查看本文)。将其翻译成您的语言应该很简单:[如果您不熟悉C 迭代器,请阅读“
BidirectionalIterator”作为“指针”。false如果没有下一个排列,则代码返回,即我们已经处于降序状态。]

template <class BidirectionalIterator>
bool next_permutation(BidirectionalIterator first,
                      BidirectionalIterator last) {
    if (first == last) return false;
    BidirectionalIterator i = first;
    ++i;
    if (i == last) return false;
    i = last;
    --i;
    for(;;) {
        BidirectionalIterator ii = i--;
        if (*i <*ii) {
            BidirectionalIterator j = last;
            while (!(*i <*--j));
            iter_swap(i, j);
            reverse(ii, last);
            return true;
        }
        if (i == first) {
            reverse(first, last);
            return false;
        }
    }
}

似乎每个排列可能花费O(n)时间,但是如果仔细考虑一下,您可以证明所有排列总共花费O(n!)时间,因此只有O(1)-恒定时间-排列。

好消息是,即使您的序列中包含重复的元素,该算法也可以工作:例如使用“ 232254421”,它将发现尾部为“ 54421”,交换“ 2”和“ 4”(因此“
232454221” ),反转其余部分,得到“ 232412245”,这是下一个排列。

2020-07-28