Generowanie permutacji – algorytm Steinhaus-Johnson-Trotter

Generowanie permutacji – algorytm Steinhaus-Johnson-Trotter
MJ
  • Rejestracja:prawie 7 lat
  • Ostatnio:ponad 5 lat
  • Postów:42
3

To powinno być opublikowane raczej jako artykuł, ale nie wiem gdzie to się wysyła. Jako że niewiele jest stron z kodem algorytmu, podaję go do wykorzystania. Podobno on jest siedem razy szybszy od innych algorytmów. Wersja generuje kolejną permutację a nie wszystkie od razu. Dzięki temu nie muszę przetwarzania danych z permutacji dawać do środka algorytmu permutacji i dlatego taki program jest dużo czytelniejszy. Algorytm napisałem na podstawie opisu

Kopiuj
unit Unit1;

interface

uses
  Winapi.Windows, Winapi.Messages, System.SysUtils, System.Variants, System.Classes, Vcl.Graphics,
  Vcl.Controls, Vcl.Forms, Vcl.Dialogs, Vcl.StdCtrls;

type
  TForm1 = class(TForm)
    Memo1: TMemo;
    Button1: TButton;
    procedure Button1Click(Sender: TObject);
  private
    { Private declarations }
  public
    { Public declarations }
  end;

var
  Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

type
   kierunek=(lewy, prawy);
   kierunkiPermutacji= array of kierunek;

znakiPermutacji = record
                     permutacja: string;
                     kierunki: kierunkiPermutacji;
                     koniecPermutacji: boolean
                  end;

function nextPermute(ciąg: znakiPermutacji): znakiPermutacji;
//generuje kolejny ciąg permutacji składających się z cyfr
//algorytm Steinhaus-Johnson-Trotter
var
  kolejnaPermutacja: znakiPermutacji;
  długośćCiągu, i, wart1, wart2, poz1, poz2, maks: integer;
  bufor: string;
  buforKier: kierunek;
begin
  kolejnaPermutacja:= ciąg;
  długośćCiągu:= length(kolejnaPermutacja.permutacja);
  kolejnaPermutacja.koniecPermutacji:= true;
  maks:=-1;//permutacja to zbiór cyfr, więc "maks" dajemy na mniejszy od wszystkich

  with kolejnaPermutacja do
  begin
    for i := 1 to długośćCiągu-1 do
      begin
        wart1:=StrToInt(permutacja[i]); wart2:=StrToInt(permutacja[i+1]);
        if (wart1>maks) and (wart1>wart2) and (kierunki[i]=prawy)
        then
        begin
          koniecPermutacji:= false; maks:= wart1; poz1:= i; poz2:= i+1;
        end;
        if (wart2>maks) and (wart1<wart2) and (kierunki[i+1]=lewy)
        then
        begin
          koniecPermutacji:= false; maks:= wart2; poz1:= i; poz2:= i+1;
        end;
      end;
    if not koniecPermutacji
    then
    begin
      bufor:= permutacja[poz1]; permutacja[poz1]:= permutacja[poz2]; permutacja[poz2]:= bufor[1];
      buforKier:= kierunki[poz1]; kierunki[poz1]:= kierunki[poz2]; kierunki[poz2]:= buforKier;
      for i := 1 to długośćCiągu do
        if StrToInt(permutacja[i])>maks
        then
          if kierunki[i]=lewy
          then
            kierunki[i]:=prawy
          else
            if kierunki[i]=prawy
            then
              kierunki[i]:=lewy
    end;
  end;
  result:= kolejnaPermutacja
end;

function szukanaPermutacja(ciąg: string): boolean;
begin
  // zaślepka, tutaj się sprawdza, czy permutacja spełnia wymagania zadania
  result:= true
end;

procedure wypiszWynik(perm: znakiPermutacji);
begin
  //zaślepka, tutaj wynik jest odpowiednio formatowany zgodnie z warunkiami zadania
  form1.memo1.Lines.Add(perm.permutacja);
end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
const
  znakiPocz='1234';
var
  długośćZnaków: integer;
  następnaPermut: znakiPermutacji;
  i: integer;
begin
   if szukanaPermutacja(znakiPocz)
   then
     memo1.Lines.Add(znakiPocz);

   //inicjacja zmniennych
   długośćZnaków:= length(znakiPocz);
   następnaPermut.permutacja:= znakiPocz;
   SetLength(następnaPermut.kierunki, długośćZnaków+1);
   for i := 1 to długośćZnaków do
     następnaPermut.kierunki[i]:= lewy;

   //generowanie kolejnej permutacji
   repeat
     następnaPermut:= nextPermute(następnaPermut);
     if not następnaPermut.koniecPermutacji then
     begin
       if szukanaPermutacja(następnaPermut.permutacja)
       then
         wypiszWynik(następnaPermut)
     end;
   until następnaPermut.koniecPermutacji;
end;

end.
edytowany 3x, ostatnio: flowCRANE
flowCRANE
Moderator Delphi/Pascal
  • Rejestracja:ponad 13 lat
  • Ostatnio:około 8 godzin
  • Lokalizacja:Tuchów
  • Postów:12166
2

Dawno dawno temu machnąłem artykuł o podobnej tematyce – Generator słów (metoda znaczników). Opisuje on klasę służącą do generowania permutacji na podstawie zadanego zbioru znaków oraz przedziału długości ciągów wyjściowych. Co prawda obecna jego forma generuje od razu wszystkie możliwe permutacje, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby generował tylko jedną na każde wywołanie odpowiedniej metody – w końcu stan generatora jest przechowywany w polach jego klasy.


Wracjąc do Twojego kodu – jeśli działa prawidłowo to super. Mimo wszystko sam kod jest… brzydki. :/

Przede wszystkim powinien być napisany w całości po agielsku i zgodnie z przyjętą konwencją nazewnictwa, która u Ciebie leży i kwiczy. W dodatku używasz znaków diakrytyzowanych w identyfikatorach, przez co tego kodu nie da się skompilować np. w Lazarusie… Ale pomijając już język, nie powinieneś logiki generatora rozsiewać po globalnych funkcjach, a opakować ją w jakąś konkretną strukturę, najlepiej klasę (choć od biedy zaawansowany rekord nie byłby zły).

Główna funkcja też kuleje – wiele zmiennych o nic nie mówiących nazwach (typu wart2), marnujesz mnóstwo miejsca w pionie bezsensownie grupując w bloki pojedyncze instrukcje (a ten then w nowej linii to już przesada totalna), zmienna kolejnaPermutacja nie jest w ogóle potrzebna (możesz zapisywać wynik od razu w Result).

Inna sprawa że typ kierunek mógłby w ogóle nie istnieć, bo spokojnie możesz go wymienić na Boolean. Dzięki temu zamiast pisać takie krowiaste drabinki do odwracania kierunków:

Kopiuj
if kierunki[i]=lewy
then
  kierunki[i]:=prawy
else
  if kierunki[i]=prawy
  then
    kierunki[i]:=lewy

wystarczyło by skorzystać z negacji wartości logicznej:

Kopiuj
Kierunki[i] := not Kierunki[i];

Zresztą Twoja drabinka i tak jest nadmiarowa, bo jeśli pierwszy warunek jest nieprawdziwy to drugi siłą rzeczy zawsze będzie prawdziwy – w końcu typ wyliczeniowy ma tylko dwie wartości.

Ale pomijając już zmianę typu, kierunek będący liczbą też można odwrócić za pomocą jednej operacji – trza go dupnąć xorem. W dodatku enumy trzeba rzutować na liczby, bo operator ten zapewne nie jest przeładowany. Czyli całą tę drabinkę możn skrócić do tej postaci:

Kopiuj
Kierunki[i] := Kierunek(Byte(Kierunki[i]) xor Byte(Prawy));

Wygląda na przydługie, ale sprowadza się do jednej operacji logicznej, więc będzie szybsze niż zestaw warunków i przypisań. Mimo wszystko znacznie lepiej jest skorzystać w tym przypadku z typu logicznego i wykorzystać operator negacji.


Ogólnie sporo jest do poprawienia. Praktycznie wszystko wymaga zmiany/ulepszenia. ;)


Pracuję nad własną, arcade'ową, docelowo komercyjną grą z gatunku action/adventure w stylu retro (pixel art), programując silnik i powłokę gry od zupełnych podstaw, przy użyciu Free Pascala i SDL3. Więcej informacji znajdziesz na moim mikroblogu.
edytowany 6x, ostatnio: flowCRANE
Spearhead
  • Rejestracja:prawie 6 lat
  • Ostatnio:około godziny
  • Postów:1002
1

Kodu ci nie sprawdzę, natomiast mogę podpowiedzieć, że algorytm generowania permutacji przez minimalną liczbę transpozycji Johnsonna-Trottera jest opisany w książce "Kombinatoryka dla programistów" Witolda Lipskiego. Pseudokod ze starego skanu:

Johnson-Trotter.png

Po szczegóły i wyjaśnienia odsyłam do wyżej wymienionej pozycji.

edytowany 1x, ostatnio: Spearhead
Kliknij, aby dodać treść...

Pomoc 1.18.8

Typografia

Edytor obsługuje składnie Markdown, w której pojedynczy akcent *kursywa* oraz _kursywa_ to pochylenie. Z kolei podwójny akcent **pogrubienie** oraz __pogrubienie__ to pogrubienie. Dodanie znaczników ~~strike~~ to przekreślenie.

Możesz dodać formatowanie komendami , , oraz .

Ponieważ dekoracja podkreślenia jest przeznaczona na linki, markdown nie zawiera specjalnej składni dla podkreślenia. Dlatego by dodać podkreślenie, użyj <u>underline</u>.

Komendy formatujące reagują na skróty klawiszowe: Ctrl+B, Ctrl+I, Ctrl+U oraz Ctrl+S.

Linki

By dodać link w edytorze użyj komendy lub użyj składni [title](link). URL umieszczony w linku lub nawet URL umieszczony bezpośrednio w tekście będzie aktywny i klikalny.

Jeżeli chcesz, możesz samodzielnie dodać link: <a href="link">title</a>.

Wewnętrzne odnośniki

Możesz umieścić odnośnik do wewnętrznej podstrony, używając następującej składni: [[Delphi/Kompendium]] lub [[Delphi/Kompendium|kliknij, aby przejść do kompendium]]. Odnośniki mogą prowadzić do Forum 4programmers.net lub np. do Kompendium.

Wspomnienia użytkowników

By wspomnieć użytkownika forum, wpisz w formularzu znak @. Zobaczysz okienko samouzupełniające nazwy użytkowników. Samouzupełnienie dobierze odpowiedni format wspomnienia, zależnie od tego czy w nazwie użytkownika znajduje się spacja.

Znaczniki HTML

Dozwolone jest używanie niektórych znaczników HTML: <a>, <b>, <i>, <kbd>, <del>, <strong>, <dfn>, <pre>, <blockquote>, <hr/>, <sub>, <sup> oraz <img/>.

Skróty klawiszowe

Dodaj kombinację klawiszy komendą notacji klawiszy lub skrótem klawiszowym Alt+K.

Reprezentuj kombinacje klawiszowe używając taga <kbd>. Oddziel od siebie klawisze znakiem plus, np <kbd>Alt+Tab</kbd>.

Indeks górny oraz dolny

Przykład: wpisując H<sub>2</sub>O i m<sup>2</sup> otrzymasz: H2O i m2.

Składnia Tex

By precyzyjnie wyrazić działanie matematyczne, użyj składni Tex.

<tex>arcctg(x) = argtan(\frac{1}{x}) = arcsin(\frac{1}{\sqrt{1+x^2}})</tex>

Kod źródłowy

Krótkie fragmenty kodu

Wszelkie jednolinijkowe instrukcje języka programowania powinny być zawarte pomiędzy obróconymi apostrofami: `kod instrukcji` lub ``console.log(`string`);``.

Kod wielolinijkowy

Dodaj fragment kodu komendą . Fragmenty kodu zajmujące całą lub więcej linijek powinny być umieszczone w wielolinijkowym fragmencie kodu. Znaczniki ``` lub ~~~ umożliwiają kolorowanie różnych języków programowania. Możemy nadać nazwę języka programowania używając auto-uzupełnienia, kod został pokolorowany używając konkretnych ustawień kolorowania składni:

```javascript
document.write('Hello World');
```

Możesz zaznaczyć również już wklejony kod w edytorze, i użyć komendy  by zamienić go w kod. Użyj kombinacji Ctrl+`, by dodać fragment kodu bez oznaczników języka.

Tabelki

Dodaj przykładową tabelkę używając komendy . Przykładowa tabelka składa się z dwóch kolumn, nagłówka i jednego wiersza.

Wygeneruj tabelkę na podstawie szablonu. Oddziel komórki separatorem ; lub |, a następnie zaznacz szablonu.

nazwisko;dziedzina;odkrycie
Pitagoras;mathematics;Pythagorean Theorem
Albert Einstein;physics;General Relativity
Marie Curie, Pierre Curie;chemistry;Radium, Polonium

Użyj komendy by zamienić zaznaczony szablon na tabelkę Markdown.

Lista uporządkowana i nieuporządkowana

Możliwe jest tworzenie listy numerowanych oraz wypunktowanych. Wystarczy, że pierwszym znakiem linii będzie * lub - dla listy nieuporządkowanej oraz 1. dla listy uporządkowanej.

Użyj komendy by dodać listę uporządkowaną.

1. Lista numerowana
2. Lista numerowana

Użyj komendy by dodać listę nieuporządkowaną.

* Lista wypunktowana
* Lista wypunktowana
** Lista wypunktowana (drugi poziom)

Składnia Markdown

Edytor obsługuje składnię Markdown, która składa się ze znaków specjalnych. Dostępne komendy, jak formatowanie , dodanie tabelki lub fragmentu kodu są w pewnym sensie świadome otaczającej jej składni, i postarają się unikać uszkodzenia jej.

Dla przykładu, używając tylko dostępnych komend, nie możemy dodać formatowania pogrubienia do kodu wielolinijkowego, albo dodać listy do tabelki - mogłoby to doprowadzić do uszkodzenia składni.

W pewnych odosobnionych przypadkach brak nowej linii przed elementami markdown również mógłby uszkodzić składnie, dlatego edytor dodaje brakujące nowe linie. Dla przykładu, dodanie formatowania pochylenia zaraz po tabelce, mogłoby zostać błędne zinterpretowane, więc edytor doda oddzielającą nową linię pomiędzy tabelką, a pochyleniem.

Skróty klawiszowe

Skróty formatujące, kiedy w edytorze znajduje się pojedynczy kursor, wstawiają sformatowany tekst przykładowy. Jeśli w edytorze znajduje się zaznaczenie (słowo, linijka, paragraf), wtedy zaznaczenie zostaje sformatowane.

  • Ctrl+B - dodaj pogrubienie lub pogrub zaznaczenie
  • Ctrl+I - dodaj pochylenie lub pochyl zaznaczenie
  • Ctrl+U - dodaj podkreślenie lub podkreśl zaznaczenie
  • Ctrl+S - dodaj przekreślenie lub przekreśl zaznaczenie

Notacja Klawiszy

  • Alt+K - dodaj notację klawiszy

Fragment kodu bez oznacznika

  • Alt+C - dodaj pusty fragment kodu

Skróty operujące na kodzie i linijkach:

  • Alt+L - zaznaczenie całej linii
  • Alt+, Alt+ - przeniesienie linijki w której znajduje się kursor w górę/dół.
  • Tab/⌘+] - dodaj wcięcie (wcięcie w prawo)
  • Shit+Tab/⌘+[ - usunięcie wcięcia (wycięcie w lewo)

Dodawanie postów:

  • Ctrl+Enter - dodaj post
  • ⌘+Enter - dodaj post (MacOS)