Перечисление всех перестановок строки / целого числа

Question

Обычная задача в программировании интервью (хотя не из моего опыта интервью) - взять строку или целое число и перечислить все возможные перестановки.

Есть ли пример того, как это делается, и логика решения такой проблемы?

Я видел несколько фрагментов кода, но они не были хорошо прокомментированы / объяснены и, следовательно, им трудно следовать.

Answer 1

Вот хорошая статья, охватывающая три алгоритма для нахождения всех перестановок, в том числе один для нахождения следующей перестановки.

http://www.cut -the-knot.org / do_you_know / AllPerm.shtml

C ++ и Python имеют встроенные функции next_permutation и itertools.permutations соответственно.

Answer 2

Вот простая для понимания функция перестановки для ввода и строки, и целого числа. С помощью этого вы даже можете установить свою выходную длину (которая в обычном случае равна длине ввода)

Строка

    static ICollection<string> result;

    public static ICollection<string> GetAllPermutations(string str, int outputLength)
    {
        result = new List<string>();
        MakePermutations(str.ToCharArray(), string.Empty, outputLength);
        return result;
    }

    private static void MakePermutations(
       char[] possibleArray,//all chars extracted from input
       string permutation,
       int outputLength//the length of output)
    {
         if (permutation.Length < outputLength)
         {
             for (int i = 0; i < possibleArray.Length; i++)
             {
                 var tempList = possibleArray.ToList<char>();
                 tempList.RemoveAt(i);
                 MakePermutations(tempList.ToArray(), 
                      string.Concat(permutation, possibleArray[i]), outputLength);
             }
         }
         else if (!result.Contains(permutation))
            result.Add(permutation);
    }

и для Целое число просто измените метод вызывающей стороны, а MakePermutations () останется нетронутым:

    public static ICollection<int> GetAllPermutations(int input, int outputLength)
    {
        result = new List<string>();
        MakePermutations(input.ToString().ToCharArray(), string.Empty, outputLength);
        return result.Select(m => int.Parse(m)).ToList<int>();
    }

пример 1: GetAllPermutations ("abc", 3); "abc" "acb" "bac" "bca" "cab" "cba"

пример 2: GetAllPermutations ("abcd", 2); "ab" "ac" "ad" "ba" "bc" "bd" "ca" "cb" "cd" "da" "db" "dc"

пример 3: GetAllPermutations (486,2); 48 46 84 86 64 68

Answer 3

class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Permutation("abc");
    }

    static void Permutation(string rest, string prefix = "")
    {
        if (string.IsNullOrEmpty(rest)) Console.WriteLine(prefix);

        // Each letter has a chance to be permutated
        for (int i = 0; i < rest.Length; i++)
        {                
            Permutation(rest.Remove(i, 1), prefix + rest[i]);
        }
    }
}

Answer 4

Вот пример высокого уровня, который я написал, который иллюстрирует объяснение человеческого языка , которое дал Питер:

    public List<string> FindPermutations(string input)
    {
        if (input.Length == 1)
            return new List<string> { input };
        var perms = new List<string>();
        foreach (var c in input)
        {
            var others = input.Remove(input.IndexOf(c), 1);
            perms.AddRange(FindPermutations(others).Select(perm => c + perm));
        }
        return perms;
    }

Answer 5

Вот функция, которая будет печатать все перестановки. Эта функция реализует логику, объясненную Петром.

public class Permutation
{
    //http://www.java2s.com/Tutorial/Java/0100__Class-Definition/RecursivemethodtofindallpermutationsofaString.htm

    public static void permuteString(String beginningString, String endingString)
    {           

        if (endingString.Length <= 1)
            Console.WriteLine(beginningString + endingString);
        else
            for (int i = 0; i < endingString.Length; i++)
            {

                String newString = endingString.Substring(0, i) + endingString.Substring(i + 1);

                permuteString(beginningString + endingString.ElementAt(i), newString);

            }
    }
}

    static void Main(string[] args)
    {

        Permutation.permuteString(String.Empty, "abc");
        Console.ReadLine();

    }

Answer 6

Ниже приведена моя реализация перестановки. Не обращайте внимания на имена переменных, так как я делал это для удовольствия :)

class combinations
{
    static void Main()
    {

        string choice = "y";
        do
        {
            try
            {
                Console.WriteLine("Enter word :");
                string abc = Console.ReadLine().ToString();
                Console.WriteLine("Combinatins for word :");
                List<string> final = comb(abc);
                int count = 1;
                foreach (string s in final)
                {
                    Console.WriteLine("{0} --> {1}", count++, s);
                }
                Console.WriteLine("Do you wish to continue(y/n)?");
                choice = Console.ReadLine().ToString();
            }
            catch (Exception exc)
            {
                Console.WriteLine(exc);
            }
        } while (choice == "y" || choice == "Y");
    }

    static string swap(string test)
    {
        return swap(0, 1, test);
    }

    static List<string> comb(string test)
    {
        List<string> sec = new List<string>();
        List<string> first = new List<string>();
        if (test.Length == 1) first.Add(test);
        else if (test.Length == 2) { first.Add(test); first.Add(swap(test)); }
        else if (test.Length > 2)
        {
            sec = generateWords(test);
            foreach (string s in sec)
            {
                string init = s.Substring(0, 1);
                string restOfbody = s.Substring(1, s.Length - 1);

                List<string> third = comb(restOfbody);
                foreach (string s1 in third)
                {
                    if (!first.Contains(init + s1)) first.Add(init + s1);
                }


            }
        }

        return first;
    }

    static string ShiftBack(string abc)
    {
        char[] arr = abc.ToCharArray();
        char temp = arr[0];
        string wrd = string.Empty;
        for (int i = 1; i < arr.Length; i++)
        {
            wrd += arr[i];
        }

        wrd += temp;
        return wrd;
    }

    static List<string> generateWords(string test)
    {
        List<string> final = new List<string>();
        if (test.Length == 1)
            final.Add(test);
        else
        {
            final.Add(test);
            string holdString = test;
            while (final.Count < test.Length)
            {
                holdString = ShiftBack(holdString);
                final.Add(holdString);
            }
        }

        return final;
    }

    static string swap(int currentPosition, int targetPosition, string temp)
    {
        char[] arr = temp.ToCharArray();
        char t = arr[currentPosition];
        arr[currentPosition] = arr[targetPosition];
        arr[targetPosition] = t;
        string word = string.Empty;
        for (int i = 0; i < arr.Length; i++)
        {
            word += arr[i];

        }

        return word;

    }
}

Answer 7

Перечисляет перестановки строки. Предотвращает дублирование при повторении символов:

using System;
using System.Collections;

class Permutation{
  static IEnumerable Permutations(string word){
    if (word == null || word.Length <= 1) {
      yield return word;
      yield break;
    }

    char firstChar = word[0];
    foreach( string subPermute in Permutations (word.Substring (1)) ) {
      int indexOfFirstChar = subPermute.IndexOf (firstChar);
      if (indexOfFirstChar == -1) indexOfFirstChar = subPermute.Length;

      for( int index = 0; index <= indexOfFirstChar; index++ )
        yield return subPermute.Insert (index, new string (firstChar, 1));
    }
  }

  static void Main(){
    foreach( var permutation in Permutations ("aab") )
      Console.WriteLine (permutation);
  }
}

Answer 8

Вот самое простое решение, которое я могу придумать:

let rec distribute e = function
  | [] -> [[e]]
  | x::xs' as xs -> (e::xs)::[for xs in distribute e xs' -> x::xs]

let permute xs = Seq.fold (fun ps x -> List.collect (distribute x) ps) [[]] xs

Функция distribute принимает новый элемент e и список n -элементов и возвращает список n+1 списков, в каждый из которых e вставлено в другое место. Например, вставив 10 в каждое из четырех возможных мест в списке [1;2;3]:

> distribute 10 [1..3];;
val it : int list list =
  [[10; 1; 2; 3]; [1; 10; 2; 3]; [1; 2; 10; 3]; [1; 2; 3; 10]]

Функция permute сворачивается поочередно по каждому элементу, распределяясь по накопленным к настоящему времени перестановкам, достигая кульминации во всех перестановках. Например, 6 перестановок списка [1;2;3]:

> permute [1;2;3];;
val it : int list list =
  [[3; 2; 1]; [2; 3; 1]; [2; 1; 3]; [3; 1; 2]; [1; 3; 2]; [1; 2; 3]]

Изменение fold на scan для сохранения промежуточных аккумуляторов проливает некоторый свет на то, как перестановки генерируются элементом за один раз:

> Seq.scan (fun ps x -> List.collect (distribute x) ps) [[]] [1..3];;
val it : seq<int list list> =
  seq
    [[[]]; [[1]]; [[2; 1]; [1; 2]];
     [[3; 2; 1]; [2; 3; 1]; [2; 1; 3]; [3; 1; 2]; [1; 3; 2]; [1; 2; 3]]]

Answer 9

Вот мое решение в JavaScript (NodeJS). Основная идея заключается в том, что мы берем один элемент за раз, «удаляем его» из строки, меняем остальные символы и вставляем элемент впереди.

function perms (string) {
  if (string.length == 0) {
    return [];
  }
  if (string.length == 1) {
    return [string];
  }
  var list = [];
  for(var i = 0; i < string.length; i++) {
    var invariant = string[i];
    var rest = string.substr(0, i) + string.substr(i + 1);
    var newPerms = perms(rest);
    for (var j = 0; j < newPerms.length; j++) {
      list.push(invariant + newPerms[j]);
    }
  }
  return list;
}

module.exports = perms;

А вот и тесты:

require('should');
var permutations = require('../src/perms');

describe('permutations', function () {
  it('should permute ""', function () {
    permutations('').should.eql([]);
  })

  it('should permute "1"', function () {
    permutations('1').should.eql(['1']);
  })

  it('should permute "12"', function () {
    permutations('12').should.eql(['12', '21']);
  })

  it('should permute "123"', function () {
    var expected = ['123', '132', '321', '213', '231', '312'];
    var actual = permutations('123');
    expected.forEach(function (e) {
      actual.should.containEql(e);
    })
  })

  it('should permute "1234"', function () {
    // Wolfram Alpha FTW!
    var expected = ['1234', '1243', '1324', '1342', '1423', '1432', '2134', '2143', '2314', '2341', '2413', '2431', '3124', '3142', '3214', '3241', '3412', '3421', '4123', '4132'];
    var actual = permutations('1234');
    expected.forEach(function (e) {
      actual.should.containEql(e);
    })
  })
})

Answer 10

Если производительность и память являются проблемой, я предлагаю эту очень эффективную реализацию. Согласно алгоритму Heap в Википедии , он должен быть самым быстрым. Надеюсь, это будет соответствовать вашим потребностям :-)!

Так же, как сравнение этого с реализацией Linq для 10! (включенный код):

• Это: 36288000 наименований в 235 миллисекундах

• Linq: 36288000 единиц в 50051 миллисекундах

  using System;
  using System.Collections.Generic;
  using System.Diagnostics;
  using System.Linq;
  using System.Runtime.CompilerServices;
  using System.Text;
  
  namespace WpfPermutations
  {
      /// <summary>
      /// EO: 2016-04-14
      /// Generator of all permutations of an array of anything.
      /// Base on Heap's Algorithm. See: https://en.wikipedia.org/wiki/Heap%27s_algorithm#cite_note-3
      /// </summary>
      public static class Permutations
      {
          /// <summary>
          /// Heap's algorithm to find all pmermutations. Non recursive, more efficient.
          /// </summary>
          /// <param name="items">Items to permute in each possible ways</param>
          /// <param name="funcExecuteAndTellIfShouldStop"></param>
          /// <returns>Return true if cancelled</returns> 
          public static bool ForAllPermutation<T>(T[] items, Func<T[], bool> funcExecuteAndTellIfShouldStop)
          {
              int countOfItem = items.Length;
  
              if (countOfItem <= 1)
              {
                  return funcExecuteAndTellIfShouldStop(items);
              }
  
              var indexes = new int[countOfItem];
              for (int i = 0; i < countOfItem; i++)
              {
                  indexes[i] = 0;
              }
  
              if (funcExecuteAndTellIfShouldStop(items))
              {
                  return true;
              }
  
              for (int i = 1; i < countOfItem;)
              {
                  if (indexes[i] < i)
                  { // On the web there is an implementation with a multiplication which should be less efficient.
                      if ((i & 1) == 1) // if (i % 2 == 1)  ... more efficient ??? At least the same.
                      {
                          Swap(ref items[i], ref items[indexes[i]]);
                      }
                      else
                      {
                          Swap(ref items[i], ref items[0]);
                      }
  
                      if (funcExecuteAndTellIfShouldStop(items))
                      {
                          return true;
                      }
  
                      indexes[i]++;
                      i = 1;
                  }
                  else
                  {
                      indexes[i++] = 0;
                  }
              }
  
              return false;
          }
  
          /// <summary>
          /// This function is to show a linq way but is far less efficient
          /// </summary>
          /// <typeparam name="T"></typeparam>
          /// <param name="list"></param>
          /// <param name="length"></param>
          /// <returns></returns>
          static IEnumerable<IEnumerable<T>> GetPermutations<T>(IEnumerable<T> list, int length)
          {
              if (length == 1) return list.Select(t => new T[] { t });
  
              return GetPermutations(list, length - 1)
                  .SelectMany(t => list.Where(e => !t.Contains(e)),
                      (t1, t2) => t1.Concat(new T[] { t2 }));
          }
  
          /// <summary>
          /// Swap 2 elements of same type
          /// </summary>
          /// <typeparam name="T"></typeparam>
          /// <param name="a"></param>
          /// <param name="b"></param>
          [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
          static void Swap<T>(ref T a, ref T b)
          {
              T temp = a;
              a = b;
              b = temp;
          }
  
          /// <summary>
          /// Func to show how to call. It does a little test for an array of 4 items.
          /// </summary>
          public static void Test()
          {
              ForAllPermutation("123".ToCharArray(), (vals) =>
              {
                  Debug.Print(String.Join("", vals));
                  return false;
              });
  
              int[] values = new int[] { 0, 1, 2, 4 };
  
              Debug.Print("Non Linq");
              ForAllPermutation(values, (vals) =>
              {
                  Debug.Print(String.Join("", vals));
                  return false;
              });
  
              Debug.Print("Linq");
              foreach(var v in GetPermutations(values, values.Length))
              {
                  Debug.Print(String.Join("", v));
              }
  
              // Performance
              int count = 0;
  
              values = new int[10];
              for(int n = 0; n < values.Length; n++)
              {
                  values[n] = n;
              }
  
              Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
              stopWatch.Reset();
              stopWatch.Start();
  
              ForAllPermutation(values, (vals) =>
              {
                  foreach(var v in vals)
                  {
                      count++;
                  }
                  return false;
              });
  
              stopWatch.Stop();
              Debug.Print($"Non Linq {count} items in {stopWatch.ElapsedMilliseconds} millisecs");
  
              count = 0;
              stopWatch.Reset();
              stopWatch.Start();
  
              foreach (var vals in GetPermutations(values, values.Length))
              {
                  foreach (var v in vals)
                  {
                      count++;
                  }
              }
  
              stopWatch.Stop();
              Debug.Print($"Linq {count} items in {stopWatch.ElapsedMilliseconds} millisecs");
  
          }
      }
  }