组合(combination)

前天有人在群里问了一个问题:求长度为n的元素不重复数组中取m个元素相乘后的和。刚看到这个问题的时候我没有细想,有空之后想了一下,发现这是一个组合的问题,下面举个栗子。

在集合{1, 2, 3}中取出1,2,3个元素相乘,然后求和,那么计算方式如下

1个元素:(1)+(2)+(3)
2个元素:(1 × 2)+(1 × 3)+(2 × 3)
3个元素:(1 × 2 × 3)

以上3种情况。
很明显,这就是组合C_n^m的情况,从长度为n的集合中取出m个不重复的元素。
求组合利用公式我们很容易知道:

A_n^m = n (n-1) (n-2) ... (n-m+1) = \frac{n!}{(n-m)!}(排列公式)
C_n^m = \frac{A_n^m}{A_m^m} = \frac{A_n^m}{m!} = \frac{n!}{m!(n-m)!} = C_n^{n-m}(组合公式)

但是题目需要计算组合积的和,所以我们需要找出所有组合情况。

下面先来找解题思路,再写代码,以集合{1, 2, 3}求C_3^2为例。(数学不够好,描述的不够精炼,请见谅)
要怎么解决这个问题呢?
1、取两个数,顺序去看这个集合,1设置为true(组合中存在)

image.png

ps:整数代表这个数在集合中存在,负数代表不存在。

2、然后往后面的元素走,看第二个元素,2设置为true。


image.png

3、这个时候够两个元素了,不用在此基础上往后面找了。

4、这个时候我们会跳过一个上一级组合中最后被设置为true的元素,把它设置为false,继续往后面查找,在这里这个元素是2。


image.png

5、现在不足2个元素,后面还有没看的元素,继续往下查找,接下来设置3为true。


image.png

后面则重复上面的步骤,最后完成的图的这样的:

image.png

灵魂画师画歪了,ignore it

这里有3个终点,就是总共有3种组合情况:

{1,2},{1,3},{2,3}

让我们再把那些不符合的情况也列出来:


image.png

ps:学过离散数学或者数据结构的同学应该知道,这其实是一个二叉树(具体是什么二叉树,就要问我那本已经尘封的数据结构了o(╯□╰)o)

其实到这里思路就已经比较清晰了,这是一种递归的做法,停止递归的条件是当前路线中的组合元素数量已经达到要求,或者目前的元素已经是最后一个元素(这里可以的逻辑可以优化一下,即改为即使后面的元素全部都include进来,也不能达到数量要求),下面就来写代码。

    /**
     * [getPowerByLength description]
     * @param  array  $source [源数组]
     * @param  array  &$val   [当前处理的集合]
     * @param  [type] $length [需要长度]
     * @return [type]         [description]
     */
    function getPowerByLength(array &$source, array $val, int $length, int $offset = 1) :void {
        global $powerSet;
        $nums = count($source);
        if ($length <= 0 || $length > $nums) {
            return;
        }elseif ($length == $nums) {
            $powerSet = [$source];
            return;
        }

        $count = count($val);
        if ($count == $length) {
            // 数量达标则停止
            $powerSet[] = $val;
            return;
        }elseif (($nums - $offset + 1 + $count) < $length) {
            // 剩余元素不足则停止
            return;
        }elseif ($offset > $nums) {
            // 到达最后一个元素则停止
            return;
        }
        // 往下查找
        // 设置false
        getPowerByLength($source, $val, $length, $offset + 1);
        // 设置true
        $val[] = $source[$nums - $offset];
        getPowerByLength($source, $val, $length, $offset + 1);
    }

    $array = [1, 2, 3, 4, 5];
    $powerSet = [];
    getPowerByLength($array, [], 4);
    var_dump($powerSet);

这里的代码是从数组尾部开始查找,所以结果会是倒序的。
在知乎那边有评论提醒我,这跟LeetCode第77题比较相似,输入参数会有一点区别,大家可以去看一下。

这期就这么多了,希望对大家有所帮助。(不懂得怎么收尾总结,拜拜~)

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