全排列的编码与解码

    xiaoxiao2025-03-03  17

    这是我在红黑联盟看到的一篇文章,讲得很好。

    原文链接 这里写链接内容

    一、康托展开:全排列到一个自然数的双射

    X=an*(n-1)!+an-1*(n-2)!+…+ai*(i-1)!+…+a2*1!+a1*0!

    ai为整数,并且0<=ai < i(1<=i<=n)

    适用范围:没有重复元素的全排列

    二、全排列的编码:

    {1,2,3,4,…,n}的排列总共有n!种,将它们从小到大排序,怎样知道其中一种排列是有序序列中的第几个?

    如 {1,2,3} 按从小到大排列一共6个:123 132 213 231 312 321。想知道321是{1,2,3}中第几个大的数。

    这样考虑:第一位是3,小于3的数有1、2 。所以有2*2!个。再看小于第二位,小于2的数只有一个就是1 ,所以有1*1!=1 所以小于32

    的{1,2,3}排列数有2*2!+1*1!=5个。所以321是第6个大的数。2*2!+1*1!是康托展开。(注意判断排列是第几个时要在康托展开的结果后+1)

    再举个例子:1324是{1,2,3,4}排列数中第几个大的数:第一位是1小于1的数没有,是0个,0*3!,第二位是3小于3的数有1和2,但1已经在第一位了,所以只有一个数2,1*2! 。第三位是2小于2的数是1,但1在第一位,所以有0个数,0*1!,所以比1324小的排列有0*3!+1*2!+0*1!=2个,1324是第三个大数。

    又例如,排列3 5 7 4 1 2 9 6 8展开为98884,因为X=2*8!+3*7!+4*6!+2*5!+0*4!+0*3!+2*2!+0*1!+0*0!=98884.

    解释:

    排列的第一位是3,比3小的数有两个,以这样的数开始的排列有8!个,因此第一项为2*8!

    排列的第二位是5,比5小的数有1、2、3、4,由于3已经出现,因此共有3个比5小的数,这样的排列有7!个,因此第二项为3*7!

    以此类推,直至0*0!

    #include<cstdio> const int fac[] = {1, 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320};///阶乘 int KT(int s[], int n) { int i, j, cnt, sum; sum = 0; for (i = 0; i < n; ++i) { cnt = 0; for (j = i + 1; j < n; ++j) if (s[j] < s[i]) ++cnt; sum += cnt * fac[n - i - 1]; } return sum; } int main() { int a[] = {3, 5, 7, 4, 1, 2, 9, 6, 8}; printf("%d\n", 1 + KT(a, sizeof(a) / sizeof(*a))); ///1+98884 }

    这里的阶乘数组也可以自动生成,代码如下

    void init()//把1~8的阶乘打表 { fact[0]=1; for(int i=1;i<9;++i) fact[i]=i*fact[i-1]; }

    三、全排列的解码 如何找出第16个(按字典序的){1,2,3,4,5}的全排列?

    首先用16-1得到15

    用15去除4! 得到0余15

    用15去除3! 得到2余3

    用3去除2! 得到1余1

    用1去除1! 得到1余0

    有0个数比它小的数是1,所以第一位是1

    有2个数比它小的数是3,但1已经在之前出现过了所以是4

    有1个数比它小的数是2,但1已经在之前出现过了所以是3

    有1个数比它小的数是2,但1,3,4都出现过了所以是5

    最后一个数只能是2

    所以排列为1 4 3 5 2

    #include<cstdio> #include<cstring> const int fac[] = {1, 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320};///阶乘 bool vis[10]; ///n为ans大小,k为全排列的编码 void invKT(int ans[], int n, int k) { int i, j, t; memset(vis, 0, sizeof(vis)); --k; for (i = 0; i < n; ++i) { t = k / fac[n - i - 1]; for (j = 1; j <= n; j++) if (!vis[j]) { if (t == 0) break; --t; } ans[i] = j, vis[j] = true; k %= fac[n - i - 1];///余数 } } int main() { int a[10]; invKT(a, 5, 16); for (int i = 0; i < 5; ++i) printf("%d ", a[i]);///1 4 3 5 2 }

    如有不当之处欢迎指出!

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