排列组合相关笔试面试题(C++)

一、常考点
含有相同元素的全排列:例如2个a,3个b,4个c可以组成多少个不同的字符串?9!/2!/3!/4!。
n个人的全排列:排成一排为n!,排成一圈且考虑旋转带来的差异也为n!,排成一圈但不考虑旋转差异则为(n-1)!
二、普通排列组合练习题
1、X*Y的方格阵中,从左上角走到右下角,每次只能走一格且只能向右走或向下走,有多少种走法
解法:向右一定走Y-1步,向下一定走X-1步,总共要走X+Y-2步,走法有C(X+Y-2,X-1)种。
当n<=10时:
组合数的计算方法一(利用递归公式):
classRobot {
public:     
    intC(intn,intm) {
        if(m == 1)
            returnn;
        if(m == n || m == 0)
            return1;
        returnC(n-1,m-1)+C(n-1,m);
    }
     
    intcountWays(intx, inty) {       
        returnC(x+y-2,x-1);
    }
};
组合数的计算方法二(利用定义):
class Robot {
public
:
    int countWays(int x, int y) {        
        int n1 = 1,n2 = 1;
        for (int i = 1,j = x+y-2;i <= x-1;i++,j--) {
            n1 *= i;
            n2 *= j;
        }
        return n2/n1;
    }
};

3、n个人站队,他们的编号依次从1到n,要求编号为a的人必须在编号为b的人的左边,但不要求一定相邻,请问共有多少种排法?第二问如果要求a必须在b的左边,并且一定要相邻,请问一共有多少种排法?
解法:
classStandInLine {
public:
    // 计算组合数 
    intC(intn,intm) {
        if(m == 1)
            returnn;
        if(m == n || m == 0)
            return1;
        returnC(n-1,m-1)+C(n-1,m);
    }
    // 计算阶乘
    intA(intn,intm) {
        intres = 1;
        for(inti = n;i > n-m;i--) {
            res *= i;
        }
        returnres;
    }
     
    vector<int> getWays(intn, inta, intb) {
        vector<int> res;
        res.push_back(A(n-2,n-2)*(C(n-1,2)+C(n-1,1)));
        res.push_back(A(n-1,n-1));
        returnres;
    }
};

4、n颗相同的糖果,分给m个人,每人至少一颗,问有多少种分法。
解法:○○|○○○○○|○○○这10颗糖中间有9个空,插两个隔板,分成3分,有C(9,2)种分法。
classDistribution {
public:
    intComb(intn,intm) {
        if(n == 0&& m == 0) return1;
        if(m == 1) returnn;
        if(m == n || m == 0) return1;
        returnComb(n-1,m-1)+Comb(n-1,m);
    }
     
    intgetWays(intn, intm) {
        returnComb(n-1,m-1);
    }
};

三、复杂排列组合练习题
1、卡特兰数
当问题可以表示成以下两种形式时,就是卡特兰数问题。f(n)= C(2*n,n)/(n+1)。
①f(n) = f(0)*f(n-1)+ f(1)*f(n-2)+……+ f(n-2)*f(1)+ f(n-1)*f(0);
②f(n) = C(2*n,n)-C(2*n,n+1)。

2、n对左右括号,请求出合法的排列有多少个
解法:将左括号记为1,右括号记为-1,则n对左右括号的序列就是1、-1序列,从左到右遍历该序列,并将遍历元素值叠加记为sum,假设遍历到第j个时sum=0说明在j的左边除了与j配对的括号对合法外,已遍历的j/2-1对括号也是合法的括号序列,剩下的(2n-j)/2对括号也是合法的括号序列,则这种情况的组合总数为f(j/2-1)*f(n-j/2),依次类推可知f(n) = f(0)*f(n-1)+ f(1)*f(n-2)+……+f(j/2-1)*f(n-j/2)+……+ f(n-2)*f(1)+ f(n-1)*f(0) = C(2*n,n)/(n+1)。

classParenthesis {
public:
    intComb(intn,intm) {
        if(n == 0) return0;
        if(m == 1) returnn;
        if(m == n || m == 0) return1;
        returnComb(n-1,m-1)+Comb(n-1,m);
    }
     
    intcountLegalWays(intn) {
        returnComb(2*n,n)/(n+1);
    }
};

3、n个数进出栈的顺序有多少种
解法:假设进栈前的序列中第i个数在出栈后的序列中也在第i个位置,则说明前i-1个数完成进栈出栈操作后第i个数才进栈出栈,也就是说问题可描述为f(n) = f(0)*f(n-1)+ f(1)*f(n-2)+……+ f(n-2)*f(1)+ f(n-1)*f(0)。

class Stack {
public:
    int countWays(int n) {
        int c1 = 1,c2 = 1;
        for (int i = 1;i <= n;i++)
            c1 *= i;
        for (int j = n+1;j <= 2*n;j++)
            c2 *= j;
        return c2/(c1*(n+1));
    }
};

4、以下问题均是卡特兰数问题
2n个人排队买票,n个人拿5块钱,n个人拿10块钱,票价是5块钱1张,每个人买一张票,售票员手里没有零钱,问有多少种排队方法让售票员可以顺利卖票。
求n个无差别的节点构成的二叉树有多少种不同的结构?
12个高矮不同的人,排成两排,每排必须是从矮到高排列,而且第二排比对应的第一排的人高,问排列方式有多少种?

5、有n个信封,包含n封信,现在把信拿出来,再装回去,要求每封信不能装回它原来的信封,问有多少种装法?
解法:假设第i封信装入第1个信封,则剩下的信和信封有两种情况:①第1封信恰好也装入了第i个信封,问题为f(n-2);②第1封信没有装入第i个信封,问题为f(n-1)。而i有n-1种选择,所以原问题可以表示为f(n)=(n-1)(f(n-1)+f(n-2))。

class CombineByMistake {
public
:
   int countWays(int n) {
        if (n == 1
            return 0;
        if (n == 2)
            return 1;
        long f1 = 0,f2 = 1;
        long mod = 1000000007;
        for (int i = 3;i <= n;i++) {            
            long temp = (i-1)*(f1+f2)%mod;
            f1 = f2;
            f2 = temp;
        }        
        return (int)f2;
    }
};

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