康托展開 學習筆記

2022-09-20 09:00:11 字數 1525 閱讀 2855

至於筆者為什麼寫這篇學習筆記,其實也沒有什麼特殊原因(cantorsort2919

相信大家都學過排列組合,我們記 \(p_n^n\) 或 \(a_n^n\) 為 \(1\sim n\) 的全排列

並且,全排列還可以按照字典序進行排序,

舉個栗子,

\(a=\\)

\(b=\\)

其中 \(len_a,所以 \(a\) 的字典序小於\(b\)。

康托展開(cantor expansion,ce),記錄的就是 \(1\sim n\) 全排列的排名

讓筆者再舉乙個栗子:

\(a=\\)。

我們知道長為 \(5\) 的排列 \(\\) 大於以 \(1\) 為第一位的任何排列,以 \(1\) 為第一位的排列有 \(4!\) 種。

非常好理解。

但是對第二位的 \(5\) 而言,它大於第一位與這個排列相同的,而這一位比 \(5\) 小的所有排列。

不過我們要注意的是,這一位不僅要比 \(5\) 小,還要滿足沒有在當前排列的前面出現過,不然統計就重複了。

因此這一位為 \(1,3,4\),第一位為 \(2\) 的所有排列都比它要小,數量為 \(3\times 3!\)。

按照這樣統計下去,答案就是 \(1+4!+3\times 3!+2!+1=46\)。

注意,

我們統計的是排名,因此最前面要 \(+1\)。

注意到我們每次要用到 當前有多少個小於它的數還沒有出現,這裡可以用樹狀陣列統計比它小的數出現過的次數

因為排列的排名和排列是一一對應的,所以康托展開滿足雙射關係,是可逆的。可以通過類似上面的過程倒推回來。

如果我們知道乙個排列的排名,就可以推出這個排列。

因為 \(4!\) 是嚴格大於 \(3\times 3!+2\times 2!+1\times 1!\) 的,所以可以認為對於長度為 \(5\) 的排列,排名 \(x\) 除以 \(4!\) 向下取整就是有多少個數小於這個排列的第一位。

用式子來表達,就是第一位記作 \(y\) 時,有:

\[y=\lfloor \frac\rfloor

\]推廣,即可得出,\(1\sim n\) 的全排列中,第 \(x\) 名的排列的第一位 \(y\) 的計算式子:

\[y=\lfloor \frac\rfloor

\]關於上文提到的「用樹狀陣列統計比它小的數出現過的次數」,其實也可以用線段樹來代替。(你想怎樣就怎樣,不關筆者的事

時間複雜度:\(o(n\log n)\)

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