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动物园61节来啦
又到了一年一度的61儿童节,动物园里充满了欢声笑语。不仅有好吃的好喝的,还有各种好玩的活动。当然最重量级的就是小朋友们的节目表演啦。
马老师也开始紧锣密鼓的筹备节目。
马老师平时熟读《孙子兵法》,深知阵型的重要性,先让同学们变换一下阵型。 马老师的博学也派上了用场,迅速下发了指令,满怀期待的看着同学们。
3秒后,同学们依然保持动能守恒,就是原地不动啦。
原来是小朋友们平时没好好学习《孙子兵法》,根本听不懂老师说的啥。
马老师长叹一声,只好放弃。那就做简单的全排列吧,这个你们肯定学过。
但正式表演的时候同学有很多,如果有20个同学,那马老师怎么下发指令呢,总不能说“同学们,变换队列为123456...20”。 马老师陷入了沉思。。。
02
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问题建模
能否找到一种简单的方法来指定是哪一种排列呢,比如给每个排列队形取一个名字,如“苹果队形,香蕉队形...”,这样也行,不过要想这么多名字也不容易。 要是能给每个不同的排列按顺序编号就完美了。
这样问题就转化为:能否找一个编号与排列的一一映射,简称双射。
。
这就要说到一个著名的数学定理了,康托展开。
03
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康托展开
康托展开是全排列与自然数的双射,常用于空间压缩。
本质是计算当前排列在所有由小到大全排列中的顺序,因此可逆。
3.1
排列自然数
3.2
自然数排列
04
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代码实现
4.1
康托编码
// 0-9的阶乘
const int FAC[] = {1, 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320, 362880};
int cantor(int a[], int n) {
int ans = 0;
for (int i = 0; i < n; ++i) {
int lessThan = 0;
for (int j = i + 1; j < n; ++j) {
if (a[j] < a[i]) lessThan++;
}
ans += lessThan * FAC[n - i - 1];
}
return ans;
}
4.2
康托解码
void decode(int ans[], int x, int n) {
bool visit[9] = {false};
for (int i = 0; i < n; ++i) {
ans[i] = x / FAC[n - i - 1];
int j, order = 0;
for (j = 0; j < n; ++j) {
if (!visit[j]) {
if (ans[i] == order) break;
order++;
}
}
ans[i] = j + 1;
visit[j] = true;
x %= FAC[n - i - 1];
}
}
例题poj1077