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C++中next_permutation怎么生成全排列_C++排列组合算法用法【逻辑】

穿越時空

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发布时间:2026-02-07 16:19:02

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来源于php中文网

原创

next_permutation必须先排序才能生成全部排列,因为它只按字典序找下一个排列,若初始非最小序(如{2,1,3})会跳过更小排列;正确做法是先sort再do-while循环。

c++中next_permutation怎么生成全排列_c++排列组合算法用法【逻辑】

next_permutation 为什么必须先排序才能生成全部排列

next_permutation 不是“从头生成全排列”,而是“按字典序找下一个排列”。它只修改当前序列,返回 true 表示找到了下一个更大的排列,false 表示已到最大排列(即降序),此时重排完成。

如果初始序列不是最小字典序(比如 {2,1,3}),调用一次 next_permutation 会跳过 {1,2,3}{1,3,2} 等更小的排列,直接从当前状态往后推——结果漏掉大量排列。

所以正确做法是:先用 sort 排成升序(最小字典序),再循环调用 next_permutation

  • 错误写法:vector v = {3,1,2}; do { ... } while (next_permutation(v.begin(), v.end())); → 只输出 3 个排列(从 {3,1,2} 开始往后找),漏掉前两个
  • 正确写法:sort(v.begin(), v.end()); do { ... } while (next_permutation(v.begin(), v.end()));
  • 注意:next_permutation 修改原容器,别在循环里反复赋值或误判迭代次数

next_permutation 对重复元素的处理逻辑

当数组含重复元素(如 {1,2,2,3})时,next_permutation 仍能工作,但它的“下一个”定义是基于字典序的唯一排列——也就是说,它自动跳过重复排列,不会输出两遍 {1,2,2,3}

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这其实是优势:你不需要额外去重。但前提是输入本身已按规则排序(比如 sort 后的 {1,2,2,3}),否则行为不可控。

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  • 输入 {2,1,2,3} → 先 sort{1,2,2,3},再调用 next_permutation,共输出 12 种(4!/2! = 12)不重复排列
  • 若跳过 sort 直接用 {2,1,2,3},第一次调用就变成 {2,1,3,2},后续序列混乱,且可能漏排或重复
  • 底层比较用 operator,所以自定义类型需提供严格弱序(比如 struct Point { int x,y; bool operator)

为什么不能用 while(next_permutation(...)) 包裹初始状态

常见错误是这样写:

vector v = {1,2,3};
while (next_permutation(v.begin(), v.end())) {
    // 处理 v
}

这段代码**漏掉了第一个排列 {1,2,3}** —— 因为 while 条件在进入循环体前就执行了第一次变换。

正确模式是 do-while,确保初始状态也被处理:

sort(v.begin(), v.end());
do {
    // 处理当前 v(包括第一次的 {1,2,3})
} while (next_permutation(v.begin(), v.end()));
  • do-while 至少执行一次,符合“生成全部排列”的语义
  • 如果用 forwhile,必须手动先处理一次初始状态,容易出错
  • 注意:next_permutation 返回 false 时,v 已被重排为最小排列(升序),但你通常不需要它——循环已退出

性能和边界要注意什么

next_permutation 时间复杂度是 O(n),单次调用很快;但全排列总数是 O(n!),n ≥ 10 就容易超时或爆内存,这不是算法问题,是组合爆炸本质决定的。

  • n = 10 → 3628800 次迭代;n = 12 → 超 4.7 亿,基本不可行
  • 不要对 string 频繁调用(尤其长字符串),因为每次构造新 string 有拷贝开销;优先用 vector 或原地操作
  • 空容器或单元素容器调用 next_permutation 返回 false,但 do-while 仍会执行一次循环体(这是合理的:1 个元素只有 1 种排列)
  • 迭代器范围必须合法:v.begin()v.end() 不能是空范围以外的无效区间,否则未定义行为

真正难的从来不是调用 next_permutation,而是想清楚:你要的真是全排列?有没有剪枝可能?能不能换思路(比如 DFS + visited 标记、或数学计数)?

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