等考二级C++：全排列生成算法：next_permutation

　　概念

　　C++/STL中定义的next_permutation和prev_permutation函数则是非常灵活且高效的一种方法，它被广泛的应用于为指定序列生成不同的排列。本文将详细的介绍prev_permutation函数的内部算法。

　　按照STL文档的描述，next_permutation函数将按字母表顺序生成给定序列的下一个较大的排列，直到整个序列为降序为止。 prev_permutation函数与之相反，是生成给定序列的上一个较小的排列。二者原理相同，仅遍例顺序相反，这里仅以 next_permutation为例介绍算法。

　　先对序列大小的比较做出定义：两个长度相同的序列，从两者的第一个元素开始向后寻找，直到出现一个不同元素(也可能就是第它们的第一个元素)，该元素较大的序列为大，反之序列为小;若一直到最后一个元素都相同，那么两个序列相等。

　　设当前序列为pn，下一个较大的序列为pn+1，这里蕴藏的含义是再也找不到另外的序列pm，使得pn < pm < pn+1。

　　问题

　　给定任意非空序列，生成下一个较大或较小的排列。

　　过程

　　根据上述概念易知，对于一个任意序列，最小的排列是增序，最大的为减序。那么给定一个pn要如何才能生成pn+1呢?先来看下面的例子：

　　设3 6 4 2为pn，下一个序列pn+1应该是4 2 3 6。观察第一个序列可以发现pn中的6 4 2已经为减序，在这个子集中再也无法排出更大的序列了，因此必须移动3的位置且要找一个数来取代3的位置。在6 4 2中6和4都比3大，但6比3大的太多了，只能选4。将4和3的位置对调后形成排列4 6 3 2。注意，由于4和3大小的相邻关系，对调后产生的子集6 3 2仍保持逆序，即该子集最大的一种排列。而4是第一次移动到头一位的，需要后面的子集为最小的排列，因此直接将6 3 2倒转为2 3 6便得到了正确的一个序列pn+1。

　　下面归纳分析该过程。假设一个有m个元素的序列pn，其下一组较大排列为pn+1：

　　若pn的最后的2个元素构成一个最小的增序子集，那么直接反转这2个元素使该子集成为减序即可得到pn+1。理由是pn和pn+1的前面m-2 个元素都相等(没有对前面的元素进行操作)，仅能靠最后2个元素来分出大小。而这2个元素只能出现2种排列，其中较大的一种是减序。

　　若pn的最后最多有s个元素构成一个减序子集，令i = m - s，则有pn(i) < pn(i+1)，因此若将pn(i)和pn(i+1)调换必能得到一个较大的排列(不一定是下一个)，因此必须保持pn(i)之前的元素不动，并在子集 {pn(i+1), pn(i+2), ..., pn(m)}中找到一个仅比pn(i)大的元素pn(j)，将二者调换位置。此时只要得到新子集{pn(i+1), pn(i+2), ..., pn(i), ...,pn(m)}的最小排列即可。注意到新子集仍保持减序，那么直接将其反转即可得到最小的增序子集。

　　按以上步骤便可从pn得到pn+1了。

　　复杂度

　　最好的情况为pn的最后的2个元素构成一个最小的增序子集，交换次数为1，复杂度为O(1)，最差的情况为1个元素最小，而后面的所有元素构成减序子集，这样需要先将第1个元素换到最后，然后反转后面的所有元素。交换次数为1+(n-1)/2，复杂度为O(n)。这样平均复杂度即为O(n/2)。

　　C++/STL实现

　　01#include

　　02#include

　　03#include

　　04using namespace std;

　　05//主函数，算法详见相关说明

　　06int main(void) {

　　07 //循环处理输入的每一个字符串

　　08 for (string str; cin >> str;) {

　　09 if (str.empty()) {

　　10 continue;

　　11 }

　　12 //如果字符串只有1个字符，则直接输出结束

　　13 if (str.length() <= 1) {

　　14 cout << "No more Permutation" << endl;

　　15 }

　　16 //iPivot为右边最大减序子集左边相邻的一个元素

　　17 string::iterator iPivot = str.end(), iNewHead;

　　18 //查找右边最大的减序子集

　　19 for (--iPivot; iPivot != str.begin(); --iPivot) {

　　20 if (*(iPivot - 1) < *iPivot ) {

　　21 break;

　　22 }

　　23 }

　　24 //如果整个序列都为减序，则重排结束。

　　25 if (iPivot == str.begin()) {

　　26 cout << "No more Permutation" << endl;

　　27 }

　　28 //iPivot指向子集左边相邻的一个元素

　　29 iPivot--;

　　30 //iNewHead为仅比iPivot大的元素，在右侧减序子集中寻找

　　31 for (iNewHead = iPivot + 1; iNewHead != str.end(); ++iNewHead) {

　　32 if (*iNewHead < *iPivot) {

　　33 break;

　　34 }

　　35 }

　　36 //交换iPivot和iNewHead的值，但不改变它们的指向

　　37 iter_swap(iPivot, --iNewHead);

　　38 //反转右侧减序子集，使之成为最小的增序子集

　　39 reverse(iPivot + 1, str.end());

　　40 //本轮重排完成，输出结果

　　41 cout << str << endl;

　　42 }

　　43 return 0;

　　44}