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递归实现排列型枚举---画图详解

作者: 作者的头像   huolong , 时间:2022-04-17 11:55:38 , 所有人可见, 阅读  16

其实就是求无重复元素的全排列,经典的dfs题。

dfs 最重要的是搜索顺序。用什么顺序遍历所有方案。

对于全排列问题,以 n = 3 为例,可以这样进行搜索: 假设有 3 个空位,从前往后填数字,每次填一个位置,填的数字不能和前面一样。

最开始的时候,三个空位都是空的:__ __ __

首先填写第一个空位,第一个空位可以填 1,填写后为:1 __ __

填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 2,填写后为:1 2 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 3,填写后为: 1 2 3

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

然后往后退一步,退到了状态:1 2 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 3 ,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:1 __ __。第二个空位上除了填过的 2,还可以填 3。第二个空位上填写 3,填写后为:1 3 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 2,填写后为: 1 3 2

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

然后往后退一步,退到了状态:1 3 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:1 __ __。第二个空位上除了填过的 2,3,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态: __ 。第一个空位上除了填过的 1,还可以填 2。第一个空位上填写 2,填写后为:2 __ __

填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 1,填写后为:2 1 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 3,填写后为:2 1 3

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

然后往后退一步,退到了状态:2 1 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 3,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:2 __ __。第二个空位上除了填过的 1,还可以填 3。第二个空位上填写 3,填写后为:2 3 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 1,填写后为:2 3 1

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

然后往后退一步,退到了状态:2 3 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 1,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:2 __ __。第二个空位上除了填过的 1,3,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态: __ 。第一个空位上除了填过的 1,2,还可以填 3。第一个空位上填写 3,填写后为:3 __ __

填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 1,填写后为:3 1 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 2,填写后为:3 1 2

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

然后往后退一步,退到了状态:3 1 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:3 __ __。第二个空位上除了填过的 1,还可以填 2。第二个空位上填写 2,填写后为:3 2 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 1,填写后为:3 2 1

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

然后往后退一步,退到了状态:3 2 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 1,2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:3 __ __。第二个空位上除了填过的 1,2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态: __ 。第一个空位上除了填过的 1,2,3,没有其他数字可以填。

此时深度优先搜索结束,输出了所有的方案。

算法: - 用 path 数组保存排列,当排列的长度为 n 时,是一种方案,输出。 - 用 state 数组表示数字是否用过。当 state[i] 为 1 时:i 已经被用过,state[i] 为 0 时,i 没有被用过。 - dfs(i) 表示的含义是:在 path[i] 处填写数字,然后递归的在下一个位置填写数字。 - 回溯:第 i 个位置填写某个数字的所有情况都遍历后, 第 i 个位置填写下一个数字。

#include<iostream>
using namespace std;
const int N = 10;
int path[N];//保存序列
int state[N];//数字是否被用过
int n;
void dfs(int u)
{
    if(u > n)//数字填完了,输出
    {
        for(int i = 1; i <= n; i++)//输出方案
            cout << path[i] << " ";
        cout << endl;
    }

    for(int i = 1; i <= n; i++)//空位上可以选择的数字为:1 ~ n
    {
        if(!state[i])//如果数字 i 没有被用过
        {
            path[u] = i;//放入空位
            state[i] = 1;//数字被用,修改状态
            dfs(u + 1);//填下一个位
            state[i] = 0;//回溯,取出 i
        }
    }
}

int main()
{

    cin >> n;
    dfs(1);
    return 0;
}

时间复杂度为 O(n*n!)。

空间复杂度为 O(n)。

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—— 本文来自火龙信奥(义乌睿码科技):义乌青少年信息学奥赛与编程教育平台,专注 CSP-J/S、NOIP、GESP 竞赛培训,线上线下融合教学,助力编程升学。网址:hlcoding.com

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