含有重複元素的全排列問題

簡介：

本文主要介紹基於分治方式（遞歸）和枚舉方式（循環）來構建指定字符串的全排列方法，兩種方法均可以解決重複元素的全排列

歡迎探討，若有錯誤敬請指正

如需轉載，請註明出處 http://www.cnblogs.com/nullzx/

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1. 基於分治方式（遞歸實現）

1）一個元素的全排列只有一種

2）[A0, A1, A2]的全排列等於下面三個全排列的並集

A0開頭，拼接上[A1,A2]的全部全排列

A1開頭，拼接上[A0,A2]的全部全排列

A2開頭，拼接上[A0,A1]的全部全排列

因此，對於[A0, A1, ……，An]的全排列，咱們能夠將問題轉換成n個子問題：

A0開頭，拼接上[A1,A2 ……，An]的全部全排列

A1開頭，拼接上[A0,A2 ……，An]的全部全排列

……

An開頭，拼接上[A0,A2 ……，A(n-1)]的全部全排列

 

而每一個子問題又能夠繼續向下轉化成n-1個子問題，最終能夠轉化到只有一個元素的全排列問題。

對於數組中有重複元素的狀況，咱們只要保證，重複元素只能有一次做爲子問題的開頭元素，這樣咱們就能夠避免重複計算。

 

2. 基於枚舉方式（循環實現）

若是咱們將全排列按照大小順序進行排序，假設咱們知道了第i個排列是[A0, A1, A2, A3, ……]，那麼第i+1個排列就是比[A0, A1, A2, A3, ……]大，且最小的那個。找到i+1個排列的步驟以下

1）從後往前兩兩比較，找到第一個知足a[i]<a[i+1]的兩個元素

2）從a[i+1]開始日後找，找到一個大於a[i]中最小的一個元素,這個元素的下標記爲j，交換a[i]和a[j]

3）將[i+1, a.length-1]的元素所有逆序

 

3. 代碼實現

下面是java代碼的實現

package interviewquestion;

import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class Permutation {
	
	//返回 裝有回字符串s的全排列的List對象
	public static List<String> byTraverse(String s){
		char[] chArr = s.toCharArray();
		List<String> list = new LinkedList<String>();
		byTraverse0(chArr, 0, list);
		return list;
	}
	
	
	private static void byTraverse0(char[] arr, int left, List<String> list){
		if(left >= arr.length-1){
			list.add(new String(arr));
			return;
		}
		
		//用於記錄交換到left下標的每個元素，防止計算重複的排列
		HashSet<Character> hs = new HashSet<Character>();

		for(int i = left; i < arr.length; i++){
			//arr[left]後面的每個元素arr[i]都和arr[left]交換
			swap(arr, left, i);
			if(!hs.contains(arr[left])){
				hs.add(arr[left]);
				byTraverse0(arr, left+1, list);
			}
			//將left和i交換回來，防止遺漏，重複
			//已保證下一個交換到left下標的是未交換過的元素
			swap(arr, left, i);
		}
	}
	/*=================================================*/
	
	//返回 裝有大於等於字符串s的全排列的List對象
	public static List<String> byNext(String s){
		char[] arr = s.toCharArray();
		List<String> list = new LinkedList<String>();
		list.add(s);
		
		while(next(arr)){
			list.add(new String(arr));
		}
		return list;
	}
	
	private static boolean next(char[] arr){
		boolean hasNext = false;
		int i;
		for(i = arr.length-2; i >= 0; i--){
			if(arr[i] < arr[i+1]){
				hasNext = true;
				break;
			}
		}
		
		//若是全部元素是從大到小排列，說明是最大的字符串
		if(!hasNext){
			return false;
		}
		
		//從i+1的下標日後找（一定是單調遞減）,找一個比arr[i]大的集合中最小的一個
		int j;
		for(j = i+1; j < arr.length; j++){
			if(arr[j] <= arr[i]){
				break;
			}
		}
		j--;
		
		//交換這兩個元素，而後逆序i+1之後的全部元素
		swap(arr, i, j);
		reverse(arr, i+1, arr.length-1);
		
		return true;
	}
	
	private static void reverse(char[] arr, int from, int to){
		for(int i = from, j = to; i < j; i++, j--){
			swap(arr, i, j);
		}
	}
	
	/*=================================================*/
	
	private static void swap(char[] chArr, int i, int j){
		char t = chArr[i];
		chArr[i] = chArr[j];
		chArr[j] = t;
	}
	
	public static void main(String[] args){
		List<String> list1 = Permutation.byNext("1233");
		System.out.println(list1);
		System.out.println(list1.size());
		
		System.out.println();
		
		List<String> list2 = Permutation.byTraverse("1233");
		System.out.println(list2);
		System.out.println(list2.size());
	}
}

 

運行結果

[1233, 1323, 1332, 2133, 2313, 2331, 3123, 3132, 3213, 3231, 3312, 3321]
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