Posted in Javascript onJune 29, 2013
全排列是一种时间复杂度为:O(n!)的算法,前两天给学生讲课,无意间想到这个问题,回来总结了一下,可以由7种算法求解,其中动态循环类似回溯算法,实现起来比较繁琐,故总结了6种,以飨读者。所有算法均使用JavaScript编写,可直接运行。
算法一:交换(递归)
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> <title>Full Permutation(Recursive Swap) - Mengliao Software</title> </head> <body> <p>Full Permutation(Recursive Swap)<br /> Mengliao Software Studio - Bosun Network Co., Ltd.<br /> 2011.05.24</p> <script type="text/javascript"> /* 全排列(递归交换)算法 1、将第一个位置分别放置各个不同的元素; 2、对剩余的位置进行全排列(递归); 3、递归出口为只对一个元素进行全排列。 */ function swap(arr,i,j) { if(i!=j) { var temp=arr[i]; arr[i]=arr[j]; arr[j]=temp; } } var count=0; function show(arr) { document.write("P<sub>"+ ++count+"</sub>: "+arr+"<br />"); } function perm(arr) { (function fn(n) { //为第n个位置选择元素 for(var i=n;i<arr.length;i++) { swap(arr,i,n); if(n+1<arr.length-1) //判断数组中剩余的待全排列的元素是否大于1个 fn(n+1); //从第n+1个下标进行全排列 else show(arr); //显示一组结果 swap(arr,i,n); } })(0); } perm(["e1","e2","e3","e4"]); </script> </body> </html>
算法二:链接(递归)
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> <title>Full Permutation(Recursive Link) - Mengliao Software</title> </head> <body> <p>Full Permutation(Recursive Link)<br /> Mengliao Software Studio - Bosun Network Co., Ltd.<br /> 2012.03.29</p> <script type="text/javascript"> /* 全排列(递归链接)算法 1、设定源数组为输入数组,结果数组存放排列结果(初始化为空数组); 2、逐一将源数组的每个元素链接到结果数组中(生成新数组对象); 3、从原数组中删除被链接的元素(生成新数组对象); 4、将新的源数组和结果数组作为参数递归调用步骤2、3,直到源数组为空,则输出一个排列。 */ var count=0; function show(arr) { document.write("P<sub>"+ ++count+"</sub>: "+arr+"<br />"); } function perm(arr) { (function fn(source, result) { if (source.length == 0) show(result); else for (var i = 0; i < source.length; i++) fn(source.slice(0, i).concat(source.slice(i + 1)), result.concat(source[i])); })(arr, []); } perm(["e1", "e2", "e3", "e4"]); </script> </body> </html>
算法三:回溯(递归)
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> <title>Full Permutation(Recursive Backtrack) - Mengliao Software</title> </head> <body> <p>Full Permutation(Recursive Backtrack)<br /> Mengliao Software Studio - Bosun Network Co., Ltd.<br /> 2012.03.29</p> <script type="text/javascript"> /* 全排列(递归回溯)算法 1、建立位置数组,即对位置进行排列,排列成功后转换为元素的排列; 2、建立递归函数,用来搜索第n个位置; 3、第n个位置搜索方式与八皇后问题类似。 */ var count = 0; function show(arr) { document.write("P<sub>" + ++count + "</sub>: " + arr + "<br />"); } function seek(index, n) { if (n >= 0) //判断是否已回溯到了第一个位置之前,即已经找到了所有位置排列 if (index[n] < index.length - 1) { //还有下一个位置可选 index[n]++; //选择下一个位置 if ((function () { //该匿名函数判断该位置是否已经被选择过 for (var i = 0; i < n; i++) if (index[i] == index[n]) return true; //已选择 return false; //未选择 })()) return seek(index, n); //重新找位置 else return true; //找到 } else { //当前无位置可选,进行递归回溯 index[n] = -1; //取消当前位置 if (seek(index, n - 1)) //继续找上一个位置 return seek(index, n); //重新找当前位置 else return false; //已无位置可选 } else return false; } function perm(arr) { var index = new Array(arr.length); for (var i = 0; i < index.length; i++) index[i] = -1; //初始化所有位置为-1,以便++后为0 for (i = 0; i < index.length - 1; i++) seek(index, i); //先搜索前n-1个位置 while (seek(index, index.length - 1)) { //不断搜索第n个位置,即找到所有位置排列 var temp = []; for (i = 0; i < index.length; i++) //将位置之转换为元素 temp.push(arr[index[i]]); show(temp); } } perm(["e1", "e2", "e3", "e4"]); </script> </body> </html>
算法四:回溯(非递归)
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> <title>Full Permutation(Non-recursive Backtrack) - Mengliao Software</title> </head> <body> <p> Full Permutation(Non-recursive Backtrack)<br /> Mengliao Software Studio - Bosun Network Co., Ltd.<br /> 2012.03.29</p> <script type="text/javascript"> /* 全排列(非递归回溯)算法 1、建立位置数组,即对位置进行排列,排列成功后转换为元素的排列; 2、第n个位置搜索方式与八皇后问题类似。 */ var count = 0; function show(arr) { document.write("P<sub>" + ++count + "</sub>: " + arr + "<br />"); } function seek(index, n) { var flag = false, m = n; //flag为找到位置排列的标志,m保存正在搜索哪个位置 do { index[n]++; if (index[n] == index.length) //已无位置可用 index[n--] = -1; //重置当前位置,回退到上一个位置 else if (!(function () { for (var i = 0; i < n; i++) if (index[i] == index[n]) return true; return false; })()) //该位置未被选择 if (m == n) //当前位置搜索完成 flag = true; else n++; } while (!flag && n >= 0) return flag; } function perm(arr) { var index = new Array(arr.length); for (var i = 0; i < index.length; i++) index[i] = -1; for (i = 0; i < index.length - 1; i++) seek(index, i); while (seek(index, index.length - 1)) { var temp = []; for (i = 0; i < index.length; i++) temp.push(arr[index[i]]); show(temp); } } perm(["e1", "e2", "e3", "e4"]); </script> </body> </html>
算法五:排序(非递归)
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> <title>Full Permutation(Non-recursive Sort) - Mengliao Software</title> </head> <body> <p> Full Permutation(Non-recursive Sort)<br /> Mengliao Software Studio - Bosun Network Co., Ltd.<br /> 2012.03.30</p> <script type="text/javascript"> /* 全排列(非递归求顺序)算法 1、建立位置数组,即对位置进行排列,排列成功后转换为元素的排列; 2、按如下算法求全排列: 设P是1~n(位置编号)的一个全排列:p = p1,p2...pn = p1,p2...pj-1,pj,pj+1...pk-1,pk,pk+1...pn (1)从排列的尾部开始,找出第一个比右边位置编号小的索引j(j从首部开始计算),即j = max{i | pi < pi+1} (2)在pj的右边的位置编号中,找出所有比pj大的位置编号中最小的位置编号的索引k,即 k = max{i | pi > pj} pj右边的位置编号是从右至左递增的,因此k是所有大于pj的位置编号中索引最大的 (3)交换pj与pk (4)再将pj+1...pk-1,pk,pk+1...pn翻转得到排列p' = p1,p2...pj-1,pj,pn...pk+1,pk,pk-1...pj+1 (5)p'便是排列p的下一个排列 例如: 24310是位置编号0~4的一个排列,求它下一个排列的步骤如下: (1)从右至左找出排列中第一个比右边数字小的数字2; (2)在该数字后的数字中找出比2大的数中最小的一个3; (3)将2与3交换得到34210; (4)将原来2(当前3)后面的所有数字翻转,即翻转4210,得30124; (5)求得24310的下一个排列为30124。 */ var count = 0; function show(arr) { document.write("P<sub>" + ++count + "</sub>: " + arr + "<br />"); } function swap(arr, i, j) { var t = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = t; } function sort(index) { for (var j = index.length - 2; j >= 0 && index[j] > index[j + 1]; j--) ; //本循环从位置数组的末尾开始,找到第一个左边小于右边的位置,即j if (j < 0) return false; //已完成全部排列 for (var k = index.length - 1; index[k] < index[j]; k--) ; //本循环从位置数组的末尾开始,找到比j位置大的位置中最小的,即k swap(index, j, k); for (j = j + 1, k = index.length - 1; j < k; j++, k--) swap(index, j, k); //本循环翻转j+1到末尾的所有位置 return true; } function perm(arr) { var index = new Array(arr.length); for (var i = 0; i < index.length; i++) index[i] = i; do { var temp = []; for (i = 0; i < index.length; i++) temp.push(arr[index[i]]); show(temp); } while (sort(index)); } perm(["e1", "e2", "e3", "e4"]); </script> </body> </html>
算法六:求模(非递归)
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> <title>Full Permutation(Non-recursive Modulo) - Mengliao Software</title> </head> <body> <p>Full Permutation(Non-recursive Modulo)<br /> Mengliao Software Studio - Bosun Network Co., Ltd.<br /> 2012.03.29</p> <script type="text/javascript"> /* 全排列(非递归求模)算法 1、初始化存放全排列结果的数组result,与原数组的元素个数相等; 2、计算n个元素全排列的总数,即n!; 3、从>=0的任意整数开始循环n!次,每次累加1,记为index; 4、取第1个元素arr[0],求1进制的表达最低位,即求index模1的值w,将第1个元素(arr[0])插入result的w位置,并将index迭代为index\1; 5、取第2个元素arr[1],求2进制的表达最低位,即求index模2的值w,将第2个元素(arr[1])插入result的w位置,并将index迭代为index\2; 6、取第3个元素arr[2],求3进制的表达最低位,即求index模3的值w,将第3个元素(arr[2])插入result的w位置,并将index迭代为index\3; 7、…… 8、直到取最后一个元素arr[arr.length-1],此时求得一个排列; 9、当index循环完成,便求得所有排列。 例: 求4个元素["a", "b", "c", "d"]的全排列, 共循环4!=24次,可从任意>=0的整数index开始循环,每次累加1,直到循环完index+23后结束; 假设index=13(或13+24,13+2*24,13+3*24…),因为共4个元素,故迭代4次,则得到的这一个排列的过程为: 第1次迭代,13/1,商=13,余数=0,故第1个元素插入第0个位置(即下标为0),得["a"]; 第2次迭代,13/2, 商=6,余数=1,故第2个元素插入第1个位置(即下标为1),得["a", "b"]; 第3次迭代,6/3, 商=2,余数=0,故第3个元素插入第0个位置(即下标为0),得["c", "a", "b"]; 第4次迭代,2/4,商=0,余数=2, 故第4个元素插入第2个位置(即下标为2),得["c", "a", "d", "b"]; */ var count = 0; function show(arr) { document.write("P<sub>" + ++count + "</sub>: " + arr + "<br />"); } function perm(arr) { var result = new Array(arr.length); var fac = 1; for (var i = 2; i <= arr.length; i++) fac *= i; for (index = 0; index < fac; index++) { var t = index; for (i = 1; i <= arr.length; i++) { var w = t % i; for (j = i - 1; j > w; j--) result[j] = result[j - 1]; result[w] = arr[i - 1]; t = Math.floor(t / i); } show(result); } } perm(["e1", "e2", "e3", "e4"]); </script> </body> </html>
上面的六种算法有些是对位置进行排列,例如回溯、排序等,因为这样可以适应各种类型的元素,而非要求待排列元素一定是数字或字母等。
JavaScript全排列的六种算法 具体实现
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