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在阵列上执行笛卡尔积

algorithm

我对在n个数组上执行笛卡尔积感兴趣。如果我提前知道数组的数量,就可以编写代码。例如,给定2个数组:

int[] a = new int[]{1,2,3};
int[] b = new int[]{1,2,3};

for(int i=0; i<=a.length; i++){
    for(int j=0; j<=b.length; j++){
        System.out.println(a[i]*b[j]);
    }
}

问题是在运行时,我不知道数组的数量。我可能有2个数组,或者我可能有100个数组。有办法可以做到吗?谢谢!


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2020-07-28

共1个答案

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解决此问题的一种方法是通过注意连续不断地一次减少一个阵列的数量

A 0 ×A 1 ×A 2 =(A 0 ×A 1)×A 2

因此,您可以编写像这样的函数,该函数计算两个数组的笛卡尔积:

int[] cartesianProduct(int[] one, int[] two) {
    int[] result = new int[one.length * two.length];
    int index = 0;

    for (int v1: one) {
        for (int v2: two) {
            result[index] = v1 * v2;
            index++;
        }
    }

    return result;
}

现在,您可以使用此函数将数组对继续组合在一起,形成一个包含整个笛卡尔积的单个数组。用伪代码:

While there is more than one array left:
    Remove two arrays.
    Compute their Cartesian product.
    Add that array back into the list.
Output the last array.

并且,作为实际的Java:

Queue<int[]> worklist;
/* fill the worklist with your arrays; error if there are no arrays. */

while (worklist.size() > 1) {
    int[] first = worklist.remove();
    int[] second = worklist.remove();
    worklist.add(cartesianProduct(first, second));
}

/* Obtain the result. */
int[] result = worklist.remove();

这种方法的问题在于它使用的内存与生成的元素总数成比例。这可能是一个巨大的数字!如果只想一次打印所有值而不存储它们,则有一种更有效的方法。这个想法是,您可以开始列出不同数组中所有可能的索引组合,然后将这些位置的值相乘即可。一种方法是维护一个“索引数组”,说出下一个要看的索引。您可以通过递增数组的方式“递增”数组,从一个索引移至下一个索引。这是一些代码:

int[] indexArray = new int[arrays.length];
mainLoop: while (true) {
    /* Compute this entry. */
    int result = 1;
    for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
        result *= arrays[i][indexArray[i]]
    }
    System.out.println(result);

    /* Increment the index array. */
    int index = 0;
    while (true) {
        /* See if we can bump this array index to the next value.  If so, great!
         * We're done.
         */
        indexArray[index]++;
        if (indexArray[index] < arrays[i].length) break;

        /* Otherwise, overflow has occurred.  If this is the very last array, we're
         * done.
         */
        indexArray[index] = 0;
        index ++;

        if (index == indexArray.length) break mainLoop;
    }
}

这仅使用O(L)内存,其中L是您拥有的数组数,但可能会成倍地增加值。

希望这可以帮助!

2020-07-28