【康拓展开】及其在求全排列第k个数中的应用

时间:2023-12-03 20:16:56

题目:给出n个互不相同的字符, 并给定它们的相对大小顺序,这样n个字符的所有排列也会有一个顺序. 现在任给一个排列,求出在它后面的第i个排列.
这是一个典型的康拓展开应用,首先我们先阐述一下什么是康拓展开。

(1)康拓展开

  所谓康拓展开是指把一个整数X展开成如下形式:

  X=a[n]*(n-1)!+a[n-1]*(n-2)!+...+a[i]*(i-1)!+...+a[2]*1!+a[1]*0!。(其中,a为整数,并且0<=a[i]<i(1<=i<=n))

(2)应用实例

  {1,2,3,4,...,n}表示1,2,3,...,n的排列如 {1,2,3} 按从小到大排列一共6个:123 132 213 231 312 321。他们间的对应关系可由康托展开来找到。

  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,即1未出现在前面的低位当中,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,即1未出现在前面的低位当中,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。
其代码实现为:
 #include <iostream>
using namespace std; int Cantor(int *s,int n); //康托展开,判断给定的排列位于全排列中的第几个
long int fac[]={,,,,,,,,,}; //表示阶乘运算的结果
//long int fac[]={0!,1!,2!,3!,4!,5!,6!,7!,8!,9!}; int main(int argc,char *argv)
{
int s[]={,,,}; //表示排列2134
int len=; //表示数列中数字数目
int index=Cantor(s,len);
cout<<index<<endl;
return ;
}
int Cantor(int *s,int n)
{
int i,j,num,temp;
num=;
for(i=;i<n;i++)
{
temp=; //temp记录当前数位前面的低数位中小于当前位数上的数字的个数
for(j=i+;j<n;j++)
if(s[j]<s[i])
temp++;
num+=fac[n--i]*temp; //乘以相应的阶乘
}
return num;
}

如何判断给定一个位置,输出该位置上的数列,康拓展开的逆运算,例如:

  {1,2,3,4,5}的全排列,并且已经从小到大排序完毕,请找出第96个数:

   首先用96-1得到95

   用95去除4! 得到3余23,即有3个数比该数位上的数字小,则该数位的数字为4;
   用23去除3! 得到3余5,即有3个数比该数位上的数字小,理应为4,但4已在前面的高位中出现过,所以该数位的数字为5;
   用5去除2!得到2余1,即有2个数比该数位上的数字小,则该数位的数字为3;
   用1去除1!得到1余0,即有1个数比该数位上的数字小,则该数位的数字为2;
   最后一个数只能是1;
   所以这个数是45321
其代码实现:
 #include <iostream>
using namespace std; void CantorReverse(int index,int *p,int n); //康托展开逆用,判断给定的位置中的排列
long int fac[]={,,,,,,,,,}; //表示阶乘运算的结果
//long int fac[]={0!,1!,2!,3!,4!,5!,6!,7!,8!,9!}; int main(int argc,char *argv)
{
int len=;
int *s=(int *)malloc(len*sizeof(int));
CantorReverse(,s,len); //有数字{12345}组成的所有排列中,求出第96个排列的顺序
for(int i=;i<len;i++)
cout<<s[i];
cout<<endl;
free(s);
return ;
}
void CantorReverse(int index,int *p,int n)
{
index--; //勿丢
int i,j;
bool hash[]={};
for(i=;i<n;i++)
{
int tmp=index/fac[n--i]; //tmp表示有tmp个数字比当前位置上的数字小
for(j=;j<=tmp;j++)
if(hash[j]) tmp++;
p[i]=tmp+;
hash[tmp]=;
index%=fac[n--i];
}
return;
}

(2)题目解决

  通过以上分析,则本章开头提出的题目就迎刃而解了,先通过给定的序列,求出所在位置,再加上i,得到 i 以后的位置,最后根据位置求出序列。相信大家能自己写出程序,在此就不具体写出了。