康托展开为全排列与自然数之间的映射关系,即康托展开可以是一个排列转化为一个自然数来代替,且一个自然数唯一指定一个排列。对应的康托的逆展开即为把一个自然数还原为一个排列。
X = a_n(n - 1)! + a_{n - 1}(n - 2)! +......+a_1(0)!
$a_i( 1\leq i \leq n)$
代表了第i个数中比这个数小的有几个。
此数代表这个排列在总的全排列的位置(即第X大)。
比如求3412的是全排列的第几。
sum = 0
1. 第一位为3,比3小的有1,2,总共2个,故sum += 2 * (n - 1)! = 2 * 3! = 12
2. 第二位为4,比4小的有1,2,3,但3已经出现,故也是2个,故sum += 2 * (n - 2)! += 2 * 2! = 16
3. 第三位为1,比1小0个,故sum += 0 * (n - 3)! += 2 * 1! = 16
4. 第四位为2,比2小的有1个,但是1已经出现,故也是0个,sum += 0 = 16
综上,比3412小的排列的有16个,故3412为第17大。
static int[] fac = new int[13];
static void init(){
fac[0] = 1;
for(int i = 1; i < 13; i++){
fac[i] = fac[i - 1] * i;
}
}
static int kangTuo(int[] perm, int num){
init();
int sum = 0;
for(int i = 0; i < num; i++){
int count = 0;
for(int j = i + 1; j < num; j++){
if(perm[j] < perm[i]){
count++;
}
}
sum += count * (fac[num - i - 1]);
}
return sum + 1;
}
既然康托展开是一个双射,那么一定可以通过康托展开值求出原排列,即可以求出n的全排列中第x大排列。
还是上面的例子,我们求17对应的康托逆展开。
1. 首先根据排列的位置算出有多少位。fac[num] >= fac[n],找到第一个大于等于某个阶乘即可,那么说明排列数位于此区间。得出n, 因为4!> 17, 17 > 3!, 故说明n = 4
2. 17 - 1 = 16,说明17前面有16个排列
3. 16 / fac[n - 1] = 16 / fac[3] = 2 余 4,说明比第一位小的数有2个。那么就是3
4. 4 / fac[n - 2] = 4 / fac[2] = 2 余 0,说明比第二位小的数有2个,是3,但3已经出现,故是4
5. 0 / fac[n - 3] = 0 / fac[1] = 0, 说明比第三位小的数有0个,故是1
6. 0 / 0! = 0, 说明比第四位小的数为0,故为1,但1已出现,故为2
综上,排列第17的排列为3412.
static int[] reverseKangTuo(int num){
init();
int n = 0;
for(int i = 0; i < 13; i++){
if(fac[i] >= num){
n = i;
break;
}
}
int[] perm = new int[n];
boolean[] vis = new boolean[n + 1];
int index;
num--;
for(int i = 0; i < n; i++){
int count = num / fac[n - i - 1];
for(index = 1; index <= n; index++){
if(!vis[index]){
if(count == 0){
break;
}
count--;
}
}
vis[index] = true;
perm[i] = index;
num %= fac[n - i - 1];
}
return perm;
}
主要用于排列值作为hash,可以转化为数字节省空间。其他应用待我遇见再补充。