برنامه محاسبه رتبه الفبایی یک رشته — راهنمای کاربردی
در این مطلب، روش محاسبه رتبه الفبایی یک رشته (Lexicographic Rank of a String) آموزش داده شده است. فرض میشود که یک رشته داده شده است. هدف پیدا کردن امتیاز رشته در میان همه جایگشتهای آن است که به صورت الفبایی مرتب شدهاند. برای مثال، امتیاز رشته «abc» برابر با ۱، «acb» برابر با ۲ و «cba» برابر با ۶ است. مثال زیر در این راستا قابل توجه است.
Input : str[] = "acb" Output : Rank = 2 Input : str[] = "string" Output : Rank = 598 Input : str[] = "cba" Output : Rank = 6
برای سادهتر شدن مسأله، فرض میشود که رشته هیچ کاراکتر تکراری ندارد. یک راهکار ساده مقداردهی اولیه به امتیاز است. در ابتدا، مقدار ۱ به امتیاز (Rank) داده میشود. سپس، همه جایگشتها به ترتیب الفبایی تولید میشوند. پس از تولید جایگشتها، اگر جایگشت تولید شده مشابه با رشته داده شده باشد، امتیاز بازگردانده میشود. در غیر این صورت، امتیاز، یکی افزایش پیدا میکند.
پیچیدگی زمانی این روش در بدترین حالت از درجه نمایی است. در ادامه، راهکار کارآمد برای حل این مساله بیان شده است. فرض میشود که رشته داده شده «STRING» است. در رشته ورودی، «S» اولین کاراکتر است. به طور کلی، ۶ کاراکتر در رشته وجود دارد و ۴ تای آنها کوچکتر از S هستند. بنابراین، این امکان وجود دارد که !۵*۴ رشته کوچکتر وجود داشته باشد که در آنها، اولین کاراکتر کوچکتر از S کوچکتر است. مثالهایی از این مورد، در ادامه آمدهاند.
R X X X X X
I X X X X X
N X X X X X
G X X X X X
اکنون، S ثابت نگه داشته میشود و کوچکترین رشتهها با شروع از S پیدا میشوند. فرایند مشابهی برای T انجام میشود. امتیاز این بار برابر با است. اکنون T ثابت میشود و فرایند مشابهی برای R انجام میشود. امتیاز برابر با است. پس از این گام، R ثابت میشود و فرایند برای I تکرار خواهد شد. امتیاز برابر با است.
اکنون، I ثابت و فرایند برای N تکرار میشود. امتیاز برابر با است. در این مرحله، N ثابت و فرایند مشابهی برای G انجام میشود. امتیاز برابر با است.
امتیاز کامل برابر با است. باید توجه داشت که محاسبات بالا، تعداد رشتههای کوچکتر را پیدا میکند. بنابراین، امتیاز رشته داده شده برابر با تعداد رشتههای کوچکتر به علاوه ۱ است. امتیاز نهایی برابر با است.
در ادامه، پیادهسازی رویکرد بالا در زبانهای برنامهنویسی گوناگون ارائه شده است.
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته در C++
1// C++ program to find lexicographic rank
2// of a string
3#include <bits/stdc++.h>
4#include <string.h>
5
6using namespace std;
7// A utility function to find factorial of n
8int fact(int n)
9{
10 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
11}
12
13// A utility function to count smaller characters on right
14// of arr[low]
15int findSmallerInRight(char* str, int low, int high)
16{
17 int countRight = 0, i;
18
19 for (i = low + 1; i <= high; ++i)
20 if (str[i] < str[low])
21 ++countRight;
22
23 return countRight;
24}
25
26// A function to find rank of a string in all permutations
27// of characters
28int findRank(char* str)
29{
30 int len = strlen(str);
31 int mul = fact(len);
32 int rank = 1;
33 int countRight;
34
35 int i;
36 for (i = 0; i < len; ++i) {
37 mul /= len - i;
38
39 // count number of chars smaller than str[i]
40 // fron str[i+1] to str[len-1]
41 countRight = findSmallerInRight(str, i, len - 1);
42
43 rank += countRight * mul;
44 }
45
46 return rank;
47}
48
49// Driver program to test above function
50int main()
51{
52 char str[] = "string";
53 cout << findRank(str);
54 return 0;
55}
56
57// This code is contributed
58// by Akanksha Rai
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته در C
1// C program to find lexicographic rank
2// of a string
3#include <stdio.h>
4#include <string.h>
5
6// A utility function to find factorial of n
7int fact(int n)
8{
9 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
10}
11
12// A utility function to count smaller characters on right
13// of arr[low]
14int findSmallerInRight(char* str, int low, int high)
15{
16 int countRight = 0, i;
17
18 for (i = low + 1; i <= high; ++i)
19 if (str[i] < str[low])
20 ++countRight;
21
22 return countRight;
23}
24
25// A function to find rank of a string in all permutations
26// of characters
27int findRank(char* str)
28{
29 int len = strlen(str);
30 int mul = fact(len);
31 int rank = 1;
32 int countRight;
33
34 int i;
35 for (i = 0; i < len; ++i) {
36 mul /= len - i;
37
38 // count number of chars smaller than str[i]
39 // fron str[i+1] to str[len-1]
40 countRight = findSmallerInRight(str, i, len - 1);
41
42 rank += countRight * mul;
43 }
44
45 return rank;
46}
47
48// Driver program to test above function
49int main()
50{
51 char str[] = "string";
52 printf("%d", findRank(str));
53 return 0;
54}
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته در جاوا
1// Java program to find lexicographic rank
2// of a string
3import java.io.*;
4import java.util.*;
5
6class GFG {
7
8 // A utility function to find factorial of n
9 static int fact(int n)
10 {
11 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
12 }
13
14 // A utility function to count smaller
15 // characters on right of arr[low]
16 static int findSmallerInRight(String str, int low,
17 int high)
18 {
19 int countRight = 0, i;
20
21 for (i = low + 1; i <= high; ++i)
22 if (str.charAt(i) < str.charAt(low))
23 ++countRight;
24
25 return countRight;
26 }
27
28 // A function to find rank of a string in
29 // all permutations of characters
30 static int findRank(String str)
31 {
32 int len = str.length();
33 int mul = fact(len);
34 int rank = 1;
35 int countRight;
36
37 for (int i = 0; i < len; ++i) {
38 mul /= len - i;
39
40 // count number of chars smaller
41 // than str[i] from str[i+1] to
42 // str[len-1]
43 countRight = findSmallerInRight(str, i, len - 1);
44
45 rank += countRight * mul;
46 }
47
48 return rank;
49 }
50
51 // Driver program to test above function
52 public static void main(String[] args)
53 {
54 String str = "string";
55 System.out.println(findRank(str));
56 }
57}
58
59// This code is contributed by Nikita Tiwari.
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته در پایتون
1# Python program to find lexicographic
2# rank of a string
3
4# A utility function to find factorial
5# of n
6def fact(n) :
7 f = 1
8 while n >= 1 :
9 f = f * n
10 n = n - 1
11 return f
12
13# A utility function to count smaller
14# characters on right of arr[low]
15def findSmallerInRight(st, low, high) :
16
17 countRight = 0
18 i = low + 1
19 while i <= high :
20 if st[i] < st[low] :
21 countRight = countRight + 1
22 i = i + 1
23
24 return countRight
25
26# A function to find rank of a string
27# in all permutations of characters
28def findRank (st) :
29 ln = len(st)
30 mul = fact(ln)
31 rank = 1
32 i = 0
33
34 while i < ln :
35
36 mul = mul / (ln - i)
37
38 # count number of chars smaller
39 # than str[i] fron str[i + 1] to
40 # str[len-1]
41 countRight = findSmallerInRight(st, i, ln-1)
42
43 rank = rank + countRight * mul
44 i = i + 1
45
46 return rank
47
48
49# Driver program to test above function
50st = "string"
51print (findRank(st))
52
53# This code is contributed by Nikita Tiwari.
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته در #C
1// C# program to find lexicographic rank
2// of a string
3using System;
4
5class GFG {
6
7 // A utility function to find factorial of n
8 static int fact(int n)
9 {
10 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
11 }
12
13 // A utility function to count smaller
14 // characters on right of arr[low]
15 static int findSmallerInRight(string str,
16 int low, int high)
17 {
18 int countRight = 0, i;
19
20 for (i = low + 1; i <= high; ++i)
21 if (str[i] < str[low])
22 ++countRight;
23
24 return countRight;
25 }
26
27 // A function to find rank of a string in
28 // all permutations of characters
29 static int findRank(string str)
30 {
31 int len = str.Length;
32 int mul = fact(len);
33 int rank = 1;
34 int countRight;
35
36 for (int i = 0; i < len; ++i) {
37 mul /= len - i;
38
39 // count number of chars smaller
40 // than str[i] from str[i+1] to
41 // str[len-1]
42 countRight = findSmallerInRight(str,
43 i, len - 1);
44
45 rank += countRight * mul;
46 }
47
48 return rank;
49 }
50
51 // Driver program to test above function
52 public static void Main()
53 {
54 string str = "string";
55 Console.Write(findRank(str));
56 }
57}
58
59// This code is contributed nitin mittal.
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته در PHP
1<?php
2// A utility function to find factorial of n
3function fact($n)
4{
5 return ($n <= 1) ? 1 :$n * fact($n - 1);
6}
7
8// A utility function to count smaller
9// characters on right of arr[low]
10function findSmallerInRight($str, $low, $high)
11{
12 $countRight = 0;
13
14 for ($i = $low + 1; $i <= $high; ++$i)
15 if ($str[$i] < $str[$low])
16 ++$countRight;
17
18 return $countRight;
19}
20
21// A function to find rank of a string
22// in all permutations of characters
23function findRank ($str)
24{
25 $len = strlen($str);
26 $mul = fact($len);
27 $rank = 1;
28
29 for ($i = 0; $i < $len; ++$i)
30 {
31 $mul /= $len - $i;
32
33 // count number of chars smaller than
34 // str[i] fron str[i+1] to str[len-1]
35 $countRight = findSmallerInRight($str, $i,
36 $len - 1);
37
38 $rank += $countRight * $mul ;
39 }
40
41 return $rank;
42}
43
44// Driver Code
45$str = "string";
46echo findRank($str);
47
48// This code is contributed by ChitraNayal
49?>
خروجی قطعه کدهای بالا به صورت زیر است.
598
پیچیدگی زمانی راهکار بالا از درجه O(n2) است. میتوان پیچیدگی زمانی را با ساخت یک آرایه کمکی با سایز ۲۵۶ به O(n) کاهش داد. قطعه کدهای زیر، با استفاده از این فضای کمکی پیادهسازی شدهاند.
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته با استفاده از آرایه کمکی در C++
1// A O(n) solution for finding rank of string
2#include <bits/stdc++.h>
3using namespace std;
4#define MAX_CHAR 256
5
6// A utility function to find factorial of n
7int fact(int n)
8{
9 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
10}
11
12// Construct a count array where value at every index
13// contains count of smaller characters in whole string
14void populateAndIncreaseCount(int* count, char* str)
15{
16 int i;
17
18 for (i = 0; str[i]; ++i)
19 ++count[str[i]];
20
21 for (i = 1; i < MAX_CHAR; ++i)
22 count[i] += count[i - 1];
23}
24
25// Removes a character ch from count[] array
26// constructed by populateAndIncreaseCount()
27void updatecount(int* count, char ch)
28{
29 int i;
30 for (i = ch; i < MAX_CHAR; ++i)
31 --count[i];
32}
33
34// A function to find rank of a string in all permutations
35// of characters
36int findRank(char* str)
37{
38 int len = strlen(str);
39 int mul = fact(len);
40 int rank = 1, i;
41
42 // all elements of count[] are initialized with 0
43 int count[MAX_CHAR] = { 0 };
44
45 // Populate the count array such that count[i]
46 // contains count of characters which are present
47 // in str and are smaller than i
48 populateAndIncreaseCount(count, str);
49
50 for (i = 0; i < len; ++i) {
51 mul /= len - i;
52
53 // count number of chars smaller than str[i]
54 // fron str[i+1] to str[len-1]
55 rank += count[str[i] - 1] * mul;
56
57 // Reduce count of characters greater than str[i]
58 updatecount(count, str[i]);
59 }
60
61 return rank;
62}
63
64// Driver program to test above function
65int main()
66{
67 char str[] = "string";
68 cout << findRank(str);
69 return 0;
70}
71
72// This is code is contributed by rathbhupendra
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته با استفاده از آرایه کمکی در C
1// A O(n) solution for finding rank of string
2#include <stdio.h>
3#include <string.h>
4#define MAX_CHAR 256
5
6// A utility function to find factorial of n
7int fact(int n)
8{
9 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
10}
11
12// Construct a count array where value at every index
13// contains count of smaller characters in whole string
14void populateAndIncreaseCount(int* count, char* str)
15{
16 int i;
17
18 for (i = 0; str[i]; ++i)
19 ++count[str[i]];
20
21 for (i = 1; i < MAX_CHAR; ++i)
22 count[i] += count[i - 1];
23}
24
25// Removes a character ch from count[] array
26// constructed by populateAndIncreaseCount()
27void updatecount(int* count, char ch)
28{
29 int i;
30 for (i = ch; i < MAX_CHAR; ++i)
31 --count[i];
32}
33
34// A function to find rank of a string in all permutations
35// of characters
36int findRank(char* str)
37{
38 int len = strlen(str);
39 int mul = fact(len);
40 int rank = 1, i;
41
42 // all elements of count[] are initialized with 0
43 int count[MAX_CHAR] = { 0 };
44
45 // Populate the count array such that count[i]
46 // contains count of characters which are present
47 // in str and are smaller than i
48 populateAndIncreaseCount(count, str);
49
50 for (i = 0; i < len; ++i) {
51 mul /= len - i;
52
53 // count number of chars smaller than str[i]
54 // fron str[i+1] to str[len-1]
55 rank += count[str[i] - 1] * mul;
56
57 // Reduce count of characters greater than str[i]
58 updatecount(count, str[i]);
59 }
60
61 return rank;
62}
63
64// Driver program to test above function
65int main()
66{
67 char str[] = "string";
68 printf("%d", findRank(str));
69 return 0;
70}
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته با استفاده از آرایه کمکی در جاوا
1// A O(n) solution for finding rank of string
2
3class GFG {
4
5 static int MAX_CHAR = 256;
6
7 // A utility function to find factorial of n
8 static int fact(int n)
9 {
10 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
11 }
12
13 // Construct a count array where value at every index
14 // contains count of smaller characters in whole string
15 static void populateAndIncreaseCount(int[] count, char[] str)
16 {
17 int i;
18
19 for (i = 0; i < str.length; ++i)
20 ++count[str[i]];
21
22 for (i = 1; i < MAX_CHAR; ++i)
23 count[i] += count[i - 1];
24 }
25
26 // Removes a character ch from count[] array
27 // constructed by populateAndIncreaseCount()
28 static void updatecount(int[] count, char ch)
29 {
30 int i;
31 for (i = ch; i < MAX_CHAR; ++i)
32 --count[i];
33 }
34
35 // A function to find rank of a string in all permutations
36 // of characters
37 static int findRank(char[] str)
38 {
39 int len = str.length;
40 int mul = fact(len);
41 int rank = 1, i;
42
43 // all elements of count[] are initialized with 0
44 int count[] = new int[MAX_CHAR];
45
46 // Populate the count array such that count[i]
47 // contains count of characters which are present
48 // in str and are smaller than i
49 populateAndIncreaseCount(count, str);
50
51 for (i = 0; i < len; ++i) {
52 mul /= len - i;
53
54 // count number of chars smaller than str[i]
55 // fron str[i+1] to str[len-1]
56 rank += count[str[i] - 1] * mul;
57
58 // Reduce count of characters greater than str[i]
59 updatecount(count, str[i]);
60 }
61
62 return rank;
63 }
64
65 // Driver code
66 public static void main(String args[])
67 {
68 char str[] = "string".toCharArray();
69 System.out.println(findRank(str));
70 }
71}
72
73// This code has been contributed by 29AjayKumar
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته با استفاده از آرایه کمکی در پایتون ۳
1# A O(n) solution for finding rank of string
2MAX_CHAR=256;
3
4# all elements of count[] are initialized with 0
5count=[0]*(MAX_CHAR + 1);
6
7# A utility function to find factorial of n
8def fact(n):
9 return 1 if(n <= 1) else (n * fact(n - 1));
10
11# Construct a count array where value at every index
12# contains count of smaller characters in whole string
13def populateAndIncreaseCount(str):
14 for i in range(len(str)):
15 count[ord(str[i])]+=1;
16
17 for i in range(1,MAX_CHAR):
18 count[i] += count[i - 1];
19
20# Removes a character ch from count[] array
21# constructed by populateAndIncreaseCount()
22def updatecount(ch):
23
24 for i in range(ord(ch),MAX_CHAR):
25 count[i]-=1;
26
27# A function to find rank of a string in all permutations
28# of characters
29def findRank(str):
30 len1 = len(str);
31 mul = fact(len1);
32 rank = 1;
33
34
35 # Populate the count array such that count[i]
36 # contains count of characters which are present
37 # in str and are smaller than i
38 populateAndIncreaseCount(str);
39
40 for i in range(len1):
41 mul = mul//(len1 - i);
42
43 # count number of chars smaller than str[i]
44 # fron str[i+1] to str[len-1]
45 rank += count[ord(str[i]) - 1] * mul;
46
47 # Reduce count of characters greater than str[i]
48 updatecount(str[i]);
49
50 return rank;
51
52# Driver code
53str = "string";
54print(findRank(str));
55
56# This is code is contributed by chandan_jnu
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته با استفاده از آرایه کمکی در C#
1// A O(n) solution for finding rank of string
2using System;
3
4class GFG {
5
6 static int MAX_CHAR = 256;
7
8 // A utility function to find factorial of n
9 static int fact(int n)
10 {
11 return (n <= 1) ? 1 : n * fact(n - 1);
12 }
13
14 // Construct a count array where value at every index
15 // contains count of smaller characters in whole string
16 static void populateAndIncreaseCount(int[] count, char[] str)
17 {
18 int i;
19
20 for (i = 0; i < str.Length; ++i)
21 ++count[str[i]];
22
23 for (i = 1; i < MAX_CHAR; ++i)
24 count[i] += count[i - 1];
25 }
26
27 // Removes a character ch from count[] array
28 // constructed by populateAndIncreaseCount()
29 static void updatecount(int[] count, char ch)
30 {
31 int i;
32 for (i = ch; i < MAX_CHAR; ++i)
33 --count[i];
34 }
35
36 // A function to find rank of a string in all permutations
37 // of characters
38 static int findRank(char[] str)
39 {
40 int len = str.Length;
41 int mul = fact(len);
42 int rank = 1, i;
43
44 // all elements of count[] are initialized with 0
45 int[] count = new int[MAX_CHAR];
46
47 // Populate the count array such that count[i]
48 // contains count of characters which are present
49 // in str and are smaller than i
50 populateAndIncreaseCount(count, str);
51
52 for (i = 0; i < len; ++i) {
53 mul /= len - i;
54
55 // count number of chars smaller than str[i]
56 // fron str[i+1] to str[len-1]
57 rank += count[str[i] - 1] * mul;
58
59 // Reduce count of characters greater than str[i]
60 updatecount(count, str[i]);
61 }
62
63 return rank;
64 }
65
66 // Driver code
67 public static void Main(String[] args)
68 {
69 char[] str = "string".ToCharArray();
70 Console.WriteLine(findRank(str));
71 }
72}
73
74/* This code contributed by PrinciRaj1992 */
کد محاسبه رتبه الفبایی یک رشته با استفاده از آرایه کمکی در PHP
1<?php
2// A O(n) solution for finding rank of string
3$MAX_CHAR=256;
4
5// A utility function to find factorial of n
6function fact($n)
7{
8 return ($n <= 1) ? 1 : $n * fact($n - 1);
9}
10
11// Construct a count array where value at every index
12// contains count of smaller characters in whole string
13function populateAndIncreaseCount(&$count, $str)
14{
15global $MAX_CHAR;
16 for ($i = 0; $i < strlen($str); ++$i)
17 ++$count[ord($str[$i])];
18
19 for ($i = 1; $i < $MAX_CHAR; ++$i)
20 $count[$i] += $count[$i - 1];
21}
22
23// Removes a character ch from count[] array
24// constructed by populateAndIncreaseCount()
25function updatecount(&$count, $ch)
26{
27 global $MAX_CHAR;
28 for ($i = ord($ch); $i < $MAX_CHAR; ++$i)
29 --$count[$i];
30}
31
32// A function to find rank of a string in all permutations
33// of characters
34function findRank($str)
35{
36 global $MAX_CHAR;
37 $len = strlen($str);
38 $mul = fact($len);
39 $rank = 1;
40
41 // all elements of count[] are initialized with 0
42 $count=array_fill(0, $MAX_CHAR + 1, 0);
43
44 // Populate the count array such that count[i]
45 // contains count of characters which are present
46 // in str and are smaller than i
47 populateAndIncreaseCount($count, $str);
48
49 for ($i = 0; $i < $len; ++$i)
50 {
51 $mul = (int)($mul/($len - $i));
52
53 // count number of chars smaller than str[i]
54 // fron str[i+1] to str[len-1]
55 $rank += $count[ord($str[$i]) - 1] * $mul;
56
57 // Reduce count of characters greater than str[i]
58 updatecount($count, $str[$i]);
59 }
60
61 return $rank;
62}
63
64 // Driver code
65 $str = "string";
66 echo findRank($str);
67
68// This is code is contributed by chandan_jnu
69?>
خروجی قطعه کدهای بالا به صورت زیر است.
598
برنامههای بالا برای رشتههای حاوی کاراکتر تکراری کار نمیکنند. برای اینکه برنامه برای کاراکترهای تکراری نیز کار کند، باید همه کاراکترهایی که کوچکتر و مساوی هستند پیدا و عملیات بیان شده در بالا، در اینجا نیز انجام شود.
این بار، امتیاز محاسبه شده باید بر !p تقسیم شود. P تعداد وقوع کاراکترهای تکراری است.
اگر نوشته بالا برای شما مفید بوده است، آموزشهای زیر نیز به شما پیشنهاد میشوند:
- مجموعه آموزشهای برنامهنویسی
- آموزش ساختمان دادهها
- مجموعه آموزشهای ساختمان داده و طراحی الگوریتم
- یافتن دور همیلتونی با الگوریتم پس گرد — به زبان ساده
- الگوریتم بازی مار و پله همراه با کد — به زبان ساده
- حل مساله n وزیر با الگوریتم پسگرد (Backtracking) — به زبان ساده
^^