【问题标题】:Recursively Generate all Combinations of given Subset Size (C++)递归生成给定子集大小的所有组合 (C++)
【发布时间】:2018-01-06 03:05:23
【问题描述】:

观察以下代码:

#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>

template <typename T>
void print_2d_vector(std::vector<std::vector<T>>& v)
{
  for(int i = 0; i < v.size(); i++)
  {
    std::cout << "{";
    for(int j = 0; j < v[i].size(); j++)
    {
      std::cout << v[i][j];
      if(j != v[i].size() - 1)
      {
        std::cout << ", ";
      }
    }
    std::cout << "}\n";
  }
}

template <typename T>
struct permcomb2
{
  std::vector<std::vector<T>> end_set;
  std::vector<T>* data;
  permcomb2(std::vector<T>& param) : data(&param) {}

  void helpfunc(std::vector<T>& seen, int depth)
  {
    if(depth == 0)
    {
      end_set.push_back(seen);
    }
    else
    {
      for(int i = 0; i < (*data).size(); i++)
      {
        seen.push_back((*data)[i]);
        helpfunc(seen, depth - 1);
        seen.pop_back();
      }
    }
  }
};

template <typename T>
std::vector<std::vector<T>> permtest(std::vector<T>& data, int subset_size)
{
  permcomb2<T> helpstruct(data);
  std::vector<T> empty {};
  helpstruct.helpfunc(empty, subset_size);
  return helpstruct.end_set;
}

using namespace std;
int main()
{
  std::vector<std::string> flavors {"Vanilla", "Chocolate", "Strawberry"};
  auto a1 = permtest(flavors, 2);

  cout << "Return all combinations with repetition\n";
  print_2d_vector(a1);
  return 0;
}

运行此代码会产生以下输出:

Return all combinations with repetition
{Vanilla, Vanilla}
{Vanilla, Chocolate}
{Vanilla, Strawberry}
{Chocolate, Vanilla}
{Chocolate, Chocolate}
{Chocolate, Strawberry}
{Strawberry, Vanilla}
{Strawberry, Chocolate}
{Strawberry, Strawberry}

请注意这段代码没有按照它声称的去做!它不是返回具有给定子集大小(目标)重复的所有组合,而是返回具有给定子集大小重复的所有排列。当然,获得组合的一种方法是像我所做的那样生成所有排列,然后循环删除除彼此排列的排列之外的所有排列。但我相信这绝对不是最有效的方法。

我见过使用嵌套 for 循环来实现这一点的方法,但这些方法假设子集大小是提前知道的。我试图将它概括为任何子集大小,因此我试图递归地进行它。问题是我不太确定我需要如何更改我的递归“helpfunc”以便以一种有效的方式生成所有组合。

澄清一下,预期的输出是这样的:

Return all combinations with repetition
{Vanilla, Vanilla}
{Vanilla, Chocolate}
{Vanilla, Strawberry}
{Chocolate, Chocolate}
{Chocolate, Strawberry}
{Strawberry, Strawberry}

那么如何更改我的代码,以一种有效的方式获得所有重复组合而不是排列?

【问题讨论】:

  • 考虑for( int i = 0; i &lt; 10; ++i ) for( int j = i; j &lt; 10; ++j ) { cout &lt;&lt; i &lt;&lt; ", " &lt;&lt; j &lt;&lt; endl;
  • @Cheersandhth.-Alf 这仅适用于subset_size = 2
  • 输出顺序重要吗?
  • @JonDeaton:这是一个正确的观察。你认为你可以将它推广到其他尺寸吗?
  • @Cheersandhth.-Alf 我想是的......我目前正在研究一个我认为可以推广的解决方案。我们拭目以待。

标签: c++ algorithm c++11 recursion combinations


【解决方案1】:

确保 helpfunc 循环从我们所在的索引开始,并且只考虑前面的那些。我们不想要后面的那些,因为它们只会是重复的。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>

template <typename T>
void print_2d_vector(std::vector<std::vector<T>>& v)
{
    for(int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        std::cout << "{";
        for(int j = 0; j < v[i].size(); j++)
        {
            std::cout << v[i][j];
            if(j != v[i].size() - 1)
            {
                sizetd::cout << ", ";
            }
        }
        std::cout << "}\n";
    }
}

template <typename T>
struct permcomb2
{
    std::vector<std::vector<T>> end_set;
    std::vector<T>& data;
    permcomb2(std::vector<T>& param) : data(param) {}

    void helpfunc(std::vector<T>& seen, int depth, int current) // Add one more param for the starting depth of our recursive calls
    {
        if(depth == 0)
        {
            end_set.push_back(seen);
        }
        else
        {
            for(int i = current; i < data.size(); i++) // Set the loop to start at given value
            {
                seen.push_back(data[i]);
                helpfunc(seen, depth - 1, i);
                seen.pop_back();
            }
        }
    }
};

template <typename T>
std::vector<std::vector<T>> permtest(std::vector<T>& data, int subset_size)
{
    permcomb2<T> helpstruct(data);
    std::vector<T> empty {};
    helpstruct.helpfunc(empty, subset_size, 0); // Initialize the function at depth 0
    return helpstruct.end_set;
}

using namespace std;
int main()
{
    std::vector<std::string> flavors {"Vanilla", "Chocolate", "Strawberry"};
    auto a1 = permtest(flavors, 2);

    cout << "Return all combinations with repetition\n";
    print_2d_vector(a1);
    return 0;
}

【讨论】:

    【解决方案2】:

    您可以考虑通过嵌套 for 循环来解决此问题,其中每个循环的计数器从前一个索引到 data 大小。

    for (int i = 0; i < data.size(); i++) {
      for (int j = i; j < data.size(); j++) {
        for (int k = j; k < data.size(); k++) {
          // etc...
      }
    }
    

    问题在于循环嵌套的深度等于subset_size。我们可以通过在循环中进行递归调用来模拟这种任意深度的嵌套:

    template <class T>
    void solution(std::vector<T>& data, std::vector<std::vector<T>>& sol, int subset_size, int start=0, int depth=0) {
      if (depth == subset_size) return;
    
      // Assume that the last element of sol is a base vector
      // on which to append the data elements after "start"
      std::vector<T> base = sol.back();
    
      // create (data.size() - start) number of vectors, each of which is the base vector (above)
      // plus each element of the data after the specified starting index
      for (int i = start; i < data.size(); ++i) {
        sol.back().push_back(data[i]);                   // Append i'th data element to base 
        solution(data, sol, subset_size, i, depth + 1);  // Recurse, extending the new base
        if (i < data.size() - 1) sol.push_back(base);    // Append another base for the next iteration
      }
    }
    
    template <typename T>
    std::vector<std::vector<T>> permtest(std::vector<T>& data, int subset_size) {
      std::vector<std::vector<T>> solution_set;
      solution_set.push_back(std::vector<T>());
      solution(data, solution_set, subset_size);
      return solution_set;
    }
    

    【讨论】:

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