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从集合中枚举子集

在很多算法中需要从一个集合中枚举可能的子集特别在一些穷举算法中,需要枚举每种可能的子集,从而计算出最优解。本文将讨论一种把子集映射N进制数字的枚举方法。

从集合中枚举子集有许多种情况。这里集合是指广义的,它可能包含相同的元素。先讨论不含相同元素的集合,枚举问题规定如下:从N个元素的集合中,取出R的元素子集。根据子集的不同性质可分为:

子集是否可以重复包含某元素

子集的元素是否有序。

上面两种情况自由组合可分为4种情形,见下表:

条件一

条件二


可以重复包含

有序

1

无序

2

不可重复包含

有序

3

无序

4

表一

1:按照这4种情况,枚举集合{abc},其中R=2

情况1:有{aa}{ab}{ac}{ba}{bb}{bc}{ca}{cb}{cc}9种。

情况2:有{aa}{bb}{cc}{ab}{ac}{ba}6种。

情况3:有{ab}{ac}{ba}{bc}{ca}{cb}6种。

情况4:有{ab}{ac}{ba}3种。

下面讨集合包含相同元素,这里的相同元素视为完全等同,可以替换。这样集合含有两个信息,一是含有N各不同的元素,二是每种元素有多少个。如果每种元素的个数为1,就是上面讨论的情况。这里增加了新的讨论条件,子集重复包含某元素的个数是否可以超过集合中该元素的个数。上一种情况,重复包含就意味超过。而在这里,就要分情况处理。

可以重复包含,可以超过

有序

1

无序

2

不可重复包含

有序

3

无序

4

可以重复包含,不可以超

有序

5

无序

6

表二

2:按照这6种情况,枚举集合{aabc},其中R=2

情况1:有{aa}{ab}{ac}{ba}{bb}{bc}{ca}{cb}{cc}9种。

情况2:有{aa}{bb}{cc}{ab}{ac}{ba}6种。

情况3:有{ab}{ac}{ba}{bc}{ca}{cb}6种。

情况4:有{ab}{ac}{ba}3种。

情况5:有{aa}{ab}{ac}{ba}{bc}{ca}{cb}7种。

情况6:有{aa}{ab}{ac}{ba}4种。

比较例1和例2发现情况1234结果一样,其实在可以超过的条件下,集合某个元素的个数是不起限制作用,结果也就一样。所以可合并这两种情况。从分析中知道,枚举这样的集合需要知道两类信息。N种不同的元素和每种元素个数。N种不同的元素可以映射到0至(N-1N整数上。问题就变成了枚举N个整数。枚举出来的数字可以映射到原先的元素。N和表示每种元素个数的数组就是需要的信息。

// 构造函数
// 输入参数:max表示集合元素的个数
// 输入参赛:ele_num 表示第i个元素的个数
CSetIter::CSetIter(unsigned 
long max, const std::vector<int>& ele_num) :
    m_ele_num(ele_num)
{
    assert(max 
== ele_num.size());
    m_max 
= max;
}


枚举
R个元素就是取R个数,每个数的取值0至(N-1。这样每个子集对应一个RN进制的数。于是枚举数0到NR-1就枚举出每种可能的子集,然后判断子集是否满足条件。

// 得到下一个子集合
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示成功取得,0表示没有取得,枚举完毕
int CSetIter::GetNextSubset(std::vector<int>& subset)
{

    assert(subset.size() 
== m_size);
    
while (m_iter_num < m_iter_max)
    {
        
// 判断是否符合条件
        
if ((this->*m_pfnIsSubsetOk)(m_iter_v))
        {
            subset 
= m_iter_v;
            IncIterNum();
            return 
1;
        }
        IncIterNum();
    }
    return 
0;
}


下面分别讨论这六种情况如何判断。

情况1:每个枚举数都满足要求。

// 子集合是否满足可重复,有序条件
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示符合,0表示不符合
int CSetIter::IsMultOrdered(std::vector<int>& subset)
{
    return 
1;
}


情况
2:枚举数高位的数字不大于低位的数字。

// 子集合是否满足可重复,无序条件
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示符合,0表示不符合
int CSetIter::IsMultDisorder(std::vector<int>& subset)
{
    
for (int i=0; i<m_size-1; i++)
    {
        
if (subset[i] > subset[i+1])
            return 
0;
    }
    return 
1;
}


情况
3枚举数的各位数字不能相同。

// 子集合是否满足不重复,有序条件
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示符合,0表示不符合
int CSetIter::IsSingleOrdered(std::vector<int>& subset)
{
    
for (int i=0; i<m_size-1; i++)
    {
        
for (int j=i+1; j<m_size; j++)
        {
            
if (subset[i] == subset[j])
                return 
0;
        }
    }
    return 
1;
}


情况4:枚举数高位的数字小于低位的数字。

// 子集合是否满足不重复,无序条件
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示符合,0表示不符
int CSetIter::IsSingleDisorder(std::vector<int>& subset)
{
    
for (int i=0; i<m_size-1; i++)
    {
        
if (subset[i] >= subset[i+1])
            return 
0;
    }
    return 
1;
}


情况
5数字在枚举数出现的次数不能超过该数字对应元素的个数。

// 子集元素重复,有序,不能超出集合
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示符合,0表示不符
int CSetIter::IsMultOrderedIn(std::vector<int>& subset)
{
    std::vector
<int> tmp(m_ele_num.size(), 0);
    
for (int i=0; i<m_size; i++)
    {
        tmp[subset[i]]
++;
        
if (tmp[subset[i]] > m_ele_num[subset[i]])
            return 
0;
    }
    return 
1;
}


情况
6情况5加上情况2

// 子集元素重复,无序,不能超出集合
// 输出参数:subset得到的子集合
// 返回值:1表示符合,0表示不符
int CSetIter::IsMultDisorderIn(std::vector<int>& subset)
{
    std::vector
<int> tmp(m_ele_num.size(), 0);
    
for (int i=0; i<m_size-1; i++)
    {
        
if (subset[i] > subset[i+1])
            return 
0;
    }
    
for (int i=0; i<m_size; i++)
    {
        tmp[subset[i]]
++;
        
if (tmp[subset[i]] > m_ele_num[subset[i]])
            return 
0;
    }
    return 
1;
}


其他实现见代码

代码编译方式:

g++ SetIter.cpp -D_SETITER_TEST_ 编译,运行。可看到例1的结果,

g++ SetIter.cpp -D_SETITERAGENT_TEST_ 编译,运行,就可以看到例2的结果。
 

 

posted on 2007-11-03 12:36 lemene 阅读(2253) 评论(0)  编辑 收藏 引用


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