Алгоритм возврата всех комбинаций k элементов из n

Question

Я хочу написать функцию, которая принимает массив букв в качестве аргумента и количество этих букв для выбора.

Допустим, вы предоставляете массив из 8 букв и хотите выбрать 3 буквы из этого. Тогда вы должны получить:

8! / ((8 - 3)! * 3!) = 56

Массивы (или слова) в ответ, состоящие из 3 букв.

Answer 1

Запрыгнуть на подножку и опубликовать другое решение. Это общая реализация Java. Ввод: (int k) - количество элементов для выбора, а (List<T> list) - список для выбора. Возвращает список комбинаций (List<List<T>>).

public static <T> List<List<T>> getCombinations(int k, List<T> list) {
    List<List<T>> combinations = new ArrayList<List<T>>();
    if (k == 0) {
        combinations.add(new ArrayList<T>());
        return combinations;
    }
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        T element = list.get(i);
        List<T> rest = getSublist(list, i+1);
        for (List<T> previous : getCombinations(k-1, rest)) {
            previous.add(element);
            combinations.add(previous);
        }
    }
    return combinations;
}

public static <T> List<T> getSublist(List<T> list, int i) {
    List<T> sublist = new ArrayList<T>();
    for (int j = i; j < list.size(); j++) {
        sublist.add(list.get(j));
    }
    return sublist;
}

Answer 2

короткий код питона, с указанием позиции индекса

def yield_combos(n,k):
    # n is set size, k is combo size

    i = 0
    a = [0 for i in range(k)]

    while i > -1:
        for j in range(i+1, k):
            a[j] = a[j-1]+1
        i=j
        yield a
        while a[i] == i + n - k:
            i -= 1
        a[i] += 1

Answer 3

Еще одно решение с C #:

 static List<List<T>> GetCombinations<T>(List<T> originalItems, int combinationLength)
    {
        if (combinationLength < 1)
        {
            return null;
        }

        return CreateCombinations<T>(new List<T>(), 0, combinationLength, originalItems);
    }

 static List<List<T>> CreateCombinations<T>(List<T> initialCombination, int startIndex, int length, List<T> originalItems)
    {
        List<List<T>> combinations = new List<List<T>>();
        for (int i = startIndex; i < originalItems.Count - length + 1; i++)
        {
            List<T> newCombination = new List<T>(initialCombination);
            newCombination.Add(originalItems[i]);
            if (length > 1)
            {
                List<List<T>> newCombinations = CreateCombinations(newCombination, i + 1, length - 1, originalItems);
                combinations.AddRange(newCombinations);
            }
            else
            {
                combinations.Add(newCombination);
            }
        }

        return combinations;
    }

Пример использования:

   List<char> initialArray = new List<char>() { 'a','b','c','d'};
   int combinationLength = 3;
   List<List<char>> combinations = GetCombinations(initialArray, combinationLength);

Answer 4

Короткий алгоритм php для возврата всех комбинаций k элементов из n (биномиального коэффициента) на основе решения Java:

$array = array(1,2,3,4,5);

$array_result = NULL;

$array_general = NULL;

function combinations($array, $len, $start_position, $result_array, $result_len, &$general_array)
{
    if($len == 0)
    {
        $general_array[] = $result_array;
        return;
    }

    for ($i = $start_position; $i <= count($array) - $len; $i++)
    {
        $result_array[$result_len - $len] = $array[$i];
        combinations($array, $len-1, $i+1, $result_array, $result_len, $general_array);
    }
} 

combinations($array, 3, 0, $array_result, 3, $array_general);

echo "<pre>";
print_r($array_general);
echo "

";

То же решение, но в javascript:

var newArray = [1, 2, 3, 4, 5];
var arrayResult = [];
var arrayGeneral = [];

function combinations(newArray, len, startPosition, resultArray, resultLen, arrayGeneral) {
    if(len === 0) {
        var tempArray = [];
        resultArray.forEach(value => tempArray.push(value));
        arrayGeneral.push(tempArray);
        return;
    }
    for (var i = startPosition; i <= newArray.length - len; i++) {
        resultArray[resultLen - len] = newArray[i];
        combinations(newArray, len-1, i+1, resultArray, resultLen, arrayGeneral);
    }
} 

combinations(newArray, 3, 0, arrayResult, 3, arrayGeneral);

console.log(arrayGeneral);

Answer 5

Я искал похожее решение для PHP и наткнулся на следующее

class Combinations implements Iterator
{
    protected $c = null;
    protected $s = null;
    protected $n = 0;
    protected $k = 0;
    protected $pos = 0;

    function __construct($s, $k) {
        if(is_array($s)) {
            $this->s = array_values($s);
            $this->n = count($this->s);
        } else {
            $this->s = (string) $s;
            $this->n = strlen($this->s);
        }
        $this->k = $k;
        $this->rewind();
    }
    function key() {
        return $this->pos;
    }
    function current() {
        $r = array();
        for($i = 0; $i < $this->k; $i++)
            $r[] = $this->s[$this->c[$i]];
        return is_array($this->s) ? $r : implode('', $r);
    }
    function next() {
        if($this->_next())
            $this->pos++;
        else
            $this->pos = -1;
    }
    function rewind() {
        $this->c = range(0, $this->k);
        $this->pos = 0;
    }
    function valid() {
        return $this->pos >= 0;
    }

    protected function _next() {
        $i = $this->k - 1;
        while ($i >= 0 && $this->c[$i] == $this->n - $this->k + $i)
            $i--;
        if($i < 0)
            return false;
        $this->c[$i]++;
        while($i++ < $this->k - 1)
            $this->c[$i] = $this->c[$i - 1] + 1;
        return true;
    }
}


foreach(new Combinations("1234567", 5) as $substring)
    echo $substring, ' ';

источник

Я не уверен, насколько эффективен класс, но я использовал его только для сеялки.

Answer 6

Я хотел бы представить свое решение. Никаких рекурсивных вызовов и вложенных циклов в next. Ядром кода является next() метод.

public class Combinations {
    final int pos[];
    final List<Object> set;

    public Combinations(List<?> l, int k) {
        pos = new int[k];
        set=new ArrayList<Object>(l);
        reset();
    }
    public void reset() {
        for (int i=0; i < pos.length; ++i) pos[i]=i;
    }
    public boolean next() {
        int i = pos.length-1;
        for (int maxpos = set.size()-1; pos[i] >= maxpos; --maxpos) {
            if (i==0) return false;
            --i;
        }
        ++pos[i];
        while (++i < pos.length)
            pos[i]=pos[i-1]+1;
        return true;
    }

    public void getSelection(List<?> l) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        List<Object> ll = (List<Object>)l;
        if (ll.size()!=pos.length) {
            ll.clear();
            for (int i=0; i < pos.length; ++i)
                ll.add(set.get(pos[i]));
        }
        else {
            for (int i=0; i < pos.length; ++i)
                ll.set(i, set.get(pos[i]));
        }
    }
}

И пример использования:

static void main(String[] args) {
    List<Character> l = new ArrayList<Character>();
    for (int i=0; i < 32; ++i) l.add((char)('a'+i));
    Combinations comb = new Combinations(l,5);
    int n=0;
    do {
        ++n;
        comb.getSelection(l);
        //Log.debug("%d: %s", n, l.toString());
    } while (comb.next());
    Log.debug("num = %d", n);
}

Answer 7

Нет необходимости в манипуляциях с коллекцией. Проблема почти такая же, как циклическая обработка K вложенных циклов, но вы должны быть осторожны с индексами и границами (игнорируя Java и OOP):

 public class CombinationsGen {
    private final int n;
    private final int k;
    private int[] buf;

    public CombinationsGen(int n, int k) {
        this.n = n;
        this.k = k;
    }

    public void combine(Consumer<int[]> consumer) {
        buf = new int[k];
        rec(0, 0, consumer);
    }

    private void rec(int index, int next, Consumer<int[]> consumer) {
        int max = n - index;

        if (index == k - 1) {
            for (int i = 0; i < max && next < n; i++) {
                buf[index] = next;
                next++;
                consumer.accept(buf);
            }
        } else {
            for (int i = 0; i < max && next + index < n; i++) {
                buf[index] = next;
                next++;
                rec(index + 1, next, consumer);
            }
        }
    }
}

Используйте вот так:

 CombinationsGen gen = new CombinationsGen(5, 2);

 AtomicInteger total = new AtomicInteger();
 gen.combine(arr -> {
     System.out.println(Arrays.toString(arr));
     total.incrementAndGet();
 });
 System.out.println(total);

Получите ожидаемые результаты:

[0, 1]
[0, 2]
[0, 3]
[0, 4]
[1, 2]
[1, 3]
[1, 4]
[2, 3]
[2, 4]
[3, 4]
10

Наконец, сопоставьте индексы с любым набором данных, который у вас может быть.

Answer 8

Короткая быстрая реализация C

#include <stdio.h>

void main(int argc, char *argv[]) {
  const int n = 6; /* The size of the set; for {1, 2, 3, 4} it's 4 */
  const int p = 4; /* The size of the subsets; for {1, 2}, {1, 3}, ... it's 2 */
  int comb[40] = {0}; /* comb[i] is the index of the i-th element in the combination */

  int i = 0;
  for (int j = 0; j <= n; j++) comb[j] = 0;
  while (i >= 0) {
    if (comb[i] < n + i - p + 1) {
       comb[i]++;
       if (i == p - 1) { for (int j = 0; j < p; j++) printf("%d ", comb[j]); printf("\n"); }
       else            { comb[++i] = comb[i - 1]; }
    } else i--; }
}

Чтобы увидеть, как быстро это работает, используйте этот код и протестируйте его

#include <time.h>
#include <stdio.h>

void main(int argc, char *argv[]) {
  const int n = 32; /* The size of the set; for {1, 2, 3, 4} it's 4 */
  const int p = 16; /* The size of the subsets; for {1, 2}, {1, 3}, ... it's 2 */
  int comb[40] = {0}; /* comb[i] is the index of the i-th element in the combination */

  int c = 0; int i = 0;
  for (int j = 0; j <= n; j++) comb[j] = 0;
  while (i >= 0) {
    if (comb[i] < n + i - p + 1) {
       comb[i]++;
       /* if (i == p - 1) { for (int j = 0; j < p; j++) printf("%d ", comb[j]); printf("\n"); } */
       if (i == p - 1) c++;
       else            { comb[++i] = comb[i - 1]; }
    } else i--; }
  printf("%d!%d == %d combination(s) in %15.3f second(s)\n ", p, n, c, clock()/1000.0);
}

тест с cmd.exe (windows):

Microsoft Windows XP [Version 5.1.2600]
(C) Copyright 1985-2001 Microsoft Corp.

c:\Program Files\lcc\projects>combination
16!32 == 601080390 combination(s) in          5.781 second(s)

c:\Program Files\lcc\projects>

Хорошего дня.

Answer 9

Возможно, я упустил момент (вам нужен алгоритм, а не готовое решение), но кажется, что Scala делает это из коробки (сейчас):

def combis(str:String, k:Int):Array[String] = {
  str.combinations(k).toArray 
}

Используя метод, подобный этому:

  println(combis("abcd",2).toList)

Будет производить:

  List(ab, ac, ad, bc, bd, cd)

Answer 10

Я сделал общий класс для комбинаций в C ++. Используется вот так.

char ar[] = "0ABCDEFGH";
nCr ncr(8, 3);
while(ncr.next()) {
    for(int i=0; i<ncr.size(); i++) cout << ar[ncr[i]];
    cout << ' ';
}

Моя библиотека ncr [i] возвращается с 1, а не с 0. Вот почему в массиве 0. Если вы хотите рассмотреть порядок, просто измените класс nCr на nPr. Использование идентично.

Результат

ABC ABD ABE ABF ABG ABH ДСА ACE ACF ACG ACH ADE ADF ADG ADH Американские экспедиционные войска AEG AEH AFG AFH AGH BCD BCE BCF BCG МПБ BDE BDF BDG BDH BEF ПРОСИТЬ BEH BFG BFH BGH CDE CDF CDG CDH CEF КЭГ ЦВЗ CFG CFH ГКГ DEF DEG DEH DFG DFH рБоп EFG ОМР EGH FGH

Вот заголовок файла.

#pragma once
#include <exception>

class NRexception : public std::exception
{
public:
    virtual const char* what() const throw() {
        return "Combination : N, R should be positive integer!!";
    }
};

class Combination
{
public:
    Combination(int n, int r);
    virtual ~Combination() { delete [] ar;}
    int& operator[](unsigned i) {return ar[i];}
    bool next();
    int size() {return r;}
    static int factorial(int n);

protected:
    int* ar;
    int n, r;
};

class nCr : public Combination
{
public: 
    nCr(int n, int r);
    bool next();
    int count() const;
};

class nTr : public Combination
{
public:
    nTr(int n, int r);
    bool next();
    int count() const;
};

class nHr : public nTr
{
public:
    nHr(int n, int r) : nTr(n,r) {}
    bool next();
    int count() const;
};

class nPr : public Combination
{
public:
    nPr(int n, int r);
    virtual ~nPr() {delete [] on;}
    bool next();
    void rewind();
    int count() const;

private:
    bool* on;
    void inc_ar(int i);
};

И реализация.

#include "combi.h"
#include <set>
#include<cmath>

Combination::Combination(int n, int r)
{
    //if(n < 1 || r < 1) throw NRexception();
    ar = new int[r];
    this->n = n;
    this->r = r;
}

int Combination::factorial(int n) 
{
    return n == 1 ? n : n * factorial(n-1);
}

int nPr::count() const
{
    return factorial(n)/factorial(n-r);
}

int nCr::count() const
{
    return factorial(n)/factorial(n-r)/factorial(r);
}

int nTr::count() const
{
    return pow(n, r);
}

int nHr::count() const
{
    return factorial(n+r-1)/factorial(n-1)/factorial(r);
}

nCr::nCr(int n, int r) : Combination(n, r)
{
    if(r == 0) return;
    for(int i=0; i<r-1; i++) ar[i] = i + 1;
    ar[r-1] = r-1;
}

nTr::nTr(int n, int r) : Combination(n, r)
{
    for(int i=0; i<r-1; i++) ar[i] = 1;
    ar[r-1] = 0;
}

bool nCr::next()
{
    if(r == 0) return false;
    ar[r-1]++;
    int i = r-1;
    while(ar[i] == n-r+2+i) {
        if(--i == -1) return false;
        ar[i]++;
    }
    while(i < r-1) ar[i+1] = ar[i++] + 1;
    return true;
}

bool nTr::next()
{
    ar[r-1]++;
    int i = r-1;
    while(ar[i] == n+1) {
        ar[i] = 1;
        if(--i == -1) return false;
        ar[i]++;
    }
    return true;
}

bool nHr::next()
{
    ar[r-1]++;
    int i = r-1;
    while(ar[i] == n+1) {
        if(--i == -1) return false;
        ar[i]++;
    }
    while(i < r-1) ar[i+1] = ar[i++];
    return true;
}

nPr::nPr(int n, int r) : Combination(n, r)
{
    on = new bool[n+2];
    for(int i=0; i<n+2; i++) on[i] = false;
    for(int i=0; i<r; i++) {
        ar[i] = i + 1;
        on[i] = true;
    }
    ar[r-1] = 0;
}

void nPr::rewind()
{
    for(int i=0; i<r; i++) {
        ar[i] = i + 1;
        on[i] = true;
    }
    ar[r-1] = 0;
}

bool nPr::next()
{   
    inc_ar(r-1);

    int i = r-1;
    while(ar[i] == n+1) {
        if(--i == -1) return false;
        inc_ar(i);
    }
    while(i < r-1) {
        ar[++i] = 0;
        inc_ar(i);
    }
    return true;
}

void nPr::inc_ar(int i)
{
    on[ar[i]] = false;
    while(on[++ar[i]]);
    if(ar[i] != n+1) on[ar[i]] = true;
}