组合数算法
来源:互联网 发布:程序化交易软件下载 编辑:程序博客网 时间:2024/05/15 22:45
一、概念
什么是组合数呢?
从m个不同元素中取出n(n≤m)个元素的所有组合的个数,叫做从m个不同元素中取出n个元素的组合数(Combination)。
组合数基本公式为:
Cnm=m!n!(m−n)!
线性写法为:c(m,n) = m!/((m-n)!*n!)
现实生活中彩票的概率计算就涉及到组合数,比如双色球中红球选择需要从 01~33
红球中选出6个,组合结果为 c(33,6) = 1107568.
二、计算方式
由于计算机数据存储方式的限制,阶乘的计算,如果是long int型只能正确计算到12左右的阶乘,如果用double型只能正确计算170左右的阶乘,当然这些只是大概,需要结合实际平台进行验证。
所以采用阶乘计算稍大数组合数是不合适的,而且效率不高,但是可以先对公式进行转换然后再进行计算:
1.对公式两边取自然对数
2.根据对数性质进行转换
由于
∑i=1mln(i)=∑i=1nln(i)+∑i=n+1mln(i) 去除相同项
ln(Cnm)=∑i=n+1mln(i)−∑i=1m−nln(i) 到这就已经将阶乘转换成对数连加,极大的降低了运算的复杂度。另外,依据组合数性质:
Cnm=Cm−nm
当 n > m/2 时,n 相对于 m - n 是一个较大的数,此时可以取 n = m - n进行计算。
3.进行计算
以第2步得到的公式计算出
用这种方法计算组合数,如果只计算ln(C(m,n))的话,n可以取到整型数据的极限值65535,
ln(C(65535,32767)) = 45419.6
而计算时间可以达到毫秒级。当然,如果要取反对数得到最终的组合数的话,m的取值就不能达到这么大了,但是这种算法仍然可以保证m取到1000以上。
4.该算法OC实现代码
/** 组合数计算 @param totalNum C(m,n) 中 m @param requireNum C(m,n) 中 n @return 组合数结果 */+ (NSInteger)selectFromTotalNum:(NSInteger)totalNum requireNum:(NSInteger)requireNum{ if (totalNum < requireNum) { return 0; } if (requireNum < totalNum / 2.0) { requireNum = totalNum - requireNum; } double s1 = 0; for (NSInteger i = requireNum + 1; i <= totalNum; i ++) { s1 += log((double)i); } double s2 = 0; NSInteger ub = totalNum - requireNum; for (int i = 1; i <= ub; i++) { s2 += log((double)i); } double result = exp(s1 - s2); //此处需要先进行四舍五入,不能直接强行取整,不然可能会有 1 的误差值 double temp = round(result); //四舍五入 return (NSInteger)temp;}
三、获取所有的可能组合
所有的可能性组合可以通过排列组合获得,该方式计算耗时长、资源占用严重,在iPhone6上测试仅 C(33,16) 的计算就需 12s左右的时间,内存和cpu更是爆满,但是当 m <= 10 时 还是可以接受的,所以该方法具有很大的局限性。
方法原理
从包含m个元素的数组中不计顺序的选出n个元素,
思路是创建一个数组,下标表示1到m个数,数组元素的值为1表示其下标代表的数被选中,为0则没选中。
首先初始化,将数组前n个元素置1,表示第一个组合为前n个数。
然后遍历数组元素值的 1、0 组合,找到第一个 1、0 组合后将其变为 0、1 组合,
同时将其左边的所有“1”全部移动到数组的最左端。
当第一个“1”移动到数组的m-n的位置,即n个“1”全部移动到最右端时,就得到了最后一个组合。例如求5中选3的组合:
1 1 1 0 0 //1,2,3 1 1 0 1 0 //1,2,4 1 0 1 1 0 //1,3,4 0 1 1 1 0 //2,3,4 1 1 0 0 1 //1,2,5 1 0 1 0 1 //1,3,5 0 1 1 0 1 //2,3,5 1 0 0 1 1 //1,4,5 0 1 0 1 1 //2,4,5 0 0 1 1 1 //3,4,5
实现代码(oc)
+ (NSArray *)selectFromSource:(NSArray *)source requireNum:(int)requireNum{ NSMutableArray *results = [NSMutableArray array]; //排列组合结果 //@1 表示选中,@0 表示未选中 NSMutableArray *arr = [NSMutableArray array]; NSMutableArray *firstItem = [NSMutableArray array]; for (int i = 0; i < source.count; i ++) { if (i < requireNum) { [arr addObject:@1]; [firstItem addObject:source[i]]; }else{ [arr addObject:@0]; } } //第一种排列组合结果就是选择前 chooseNum 个元素 [results addObject:firstItem]; while (1) { for (int index = 0; index < arr.count; index ++) { //排列组合完毕时退出循环 NSArray *checkArr = [arr objectsAtIndexes:[NSIndexSet indexSetWithIndexesInRange:NSMakeRange(0, source.count - requireNum)]]; if (![checkArr containsObject:@1]) { return results; } if ((index < source.count - 1) && [arr[index] isEqual:@1] && [arr[index + 1] isEqual:@0]) { [arr exchangeObjectAtIndex:index withObjectAtIndex:index + 1]; NSMutableArray *tempArr = [NSMutableArray arrayWithArray:[arr objectsAtIndexes:[NSIndexSet indexSetWithIndexesInRange:NSMakeRange(0, index)]]]; //将index左侧元素拿出来,并将其中所有的 1 移至左侧,这里可以使用系统的排序方法 [tempArr sortUsingComparator:^NSComparisonResult(NSNumber * obj1, NSNumber * obj2) { return [obj1 intValue] < [obj2 intValue]; }]; //替换arr中 index 左侧元素 [arr replaceObjectsInRange:NSMakeRange(0, index) withObjectsFromArray:tempArr]; //将已选择的元素挑选出来保存 NSMutableArray *selectedArr = [NSMutableArray array]; for (int j = 0; j < arr.count; j ++) { if ([arr[j] isEqual:@1]) { [selectedArr addObject:source[j]]; } } [results addObject:[selectedArr mutableCopy]]; break; } } }}
参考文章:
1.高效的组合数计算方法
- 组合数算法实现
- 求组合数算法
- Java 组合数算法
- 组合数快速算法
- 组合数算法
- 组合数算法
- 求组合数算法
- 组合数算法
- 组合数各种算法
- 组合数算法
- 组合数之递归算法
- HDU2519组合数快速算法
- 算法竞赛入门 组合数
- 组合数算法,紫书P64
- 计算组合数的算法
- 学习求组合数的算法
- (算法)求一系列数的组合
- 组合数算法-解决溢出问题
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