假如让你说出123三个数字的全排列你可以很快说出来123,132,213,231,312,321,但是让你说出1~20总共20个数字的全排列是不是就没那么简单了呢?本篇我们就通过C#运用深度优先算法实现全排列
算法图例
假如有编号为1,2,3的三张扑克牌和编号为1,2,3的三个盒子,现在需要将三张扑克牌分别放到三个盒子中。
我们把这个问题转化为一个最基本的问题:如何往小盒子中放扑克牌。每个小盒子都可能放1,2,3号扑克牌,这需要一一尝试,就需要一个for循环来解决。
for (int i = 1; i < = n; i++) { a[step] =i; //将i号扑克牌放入第step个盒子中 }
数字a用来记录每个盒子放的哪张牌,step表示当前是第几个盒子,a[step] =i就是将i号扑克牌放入第step个盒子中。此时有一个问题就是一张牌已经放在第step个盒子中了就不能再放到其它盒子里了,因此还需要一个数组book来标记哪些牌已经使用了。
for (int i = 1; i < = n; i++) { if(book[i]==0) //book[i]==0表示第i号牌仍然在手中 { a[step] =i; //将i号扑克牌放入第step个盒子中 book[i] =1; //设为1,表示第i号牌已经不在手中 } }
现在第step个盒子中的牌已经放好了,接下来需要看下一个盒子step+1中放什么牌,处理方法和上一个盒子是一样的,这里我们可以把上一步的步骤封装成一个函数dfs,下一步继续调用,如下:
void dfs(int step) { for (int i = 1; i < = n; i++) { if(book[i]==0) //book[i]==0表示第i号牌仍然在手中 { a[step] =i; //将i号扑克牌放入第step个盒子中 book[i] =1; //设为1,表示第i号牌已经不在手中 } } }
然后我们在处理step+1的时候就可以直接调用dfs函数了,如下:(注意标注重点的代码)
void dfs(int step) { for (int i = 1; i < = n; i++) { if(book[i]==0) //book[i]==0表示第i号牌仍然在手中 { a[step] =i; //将i号扑克牌放入第step个盒子中 book[i] =1; //设为1,表示第i号牌已经不在手中 dfs(step+1);//(重点)处理下一步放什么牌 book[i] =0; //(重点)在尝试完一轮之后,需要将牌都收回才能进行下一轮的尝试 } } }
上面代码中的book[i] =0;非常重要,这句的作用是将盒子中的扑克牌收回,因为在一次摆放完成结束时,如果不把盒子中的牌收回将无法进行下一次摆放。还剩下一个问题,就是什么时候输出一个满足要求的序列呢?其实当我们处理第n+1个盒子的时候(即step=n+1)就代表前面n个盒子已经放好了,这个时候a数组中的扑克牌序列就是满足条件的结果,将a数组中的元素按顺序打印即可。注意!打印完需要执行return,不然程序还会继续往下执行。
void dfs(int step) { if (step==n+1) //如果到了第n+1个盒子,说明前面n个盒子都已经放好 { //输出一种结果 for (int i = 0; i < a.length; i++) { Console.Write(a[i]); } return; //返回到最近一次调用dfs函数的地方 } for (int i = 1; i < = n; i++) { if(book[i]==0) //book[i]==0表示第i号牌仍然在手中 { a[step] =i; //将i号扑克牌放入第step个盒子中 book[i] =1; //设为1,表示第i号牌已经不在手中 dfs(step+1);//处理下一步放什么牌 book[i] =0; //在尝试完一轮之后,需要将牌都收回才能进行下一轮的尝试 } } }
好了,以上就是完整思路,下面我们看下完整代码及调用过程:
class Program { static int n = 0; static int[] a; static int[] book; static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("请输入数字N:"); n = int.Parse(Console.ReadLine()); Console.WriteLine("数字1~"+n+"的全排列为:"); a = new int[n+1]; book = new int[n+1]; dfs(1); Console.ReadLine(); } static void dfs(int step) { if (step == n + 1) //如果到了第n+1个盒子,说明前面n个盒子都已经放好 { //输出一种结果 for (int i = 1; i < a.Length; i++) { Console.Write(a[i]); } Console.WriteLine(); return; //返回到最近一次调用dfs函数的地方 } for (int i = 1; i <= n; i++) { if (book[i] == 0) //book[i]==0表示第i号牌仍然在手中 { a[step] = i; //将i号扑克牌放入第step个盒子中 book[i] = 1; //设为1,表示第i号牌已经不在手中 dfs(step + 1);//处理下一步放什么牌 book[i] = 0; //在尝试完一轮之后,需要将牌都收回才能进行下一轮的尝试 } } } }
看下运行结果:
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持小牛知识库。
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