Leetcode No.31 下一个排列

一、题目描述

实现获取 下一个排列 的函数，算法需要将给定数字序列重新排列成字典序中下一个更大的排列。

如果不存在下一个更大的排列，则将数字重新排列成最小的排列（即升序排列）。

必须 原地 修改，只允许使用额外常数空间。

示例 1：

输入：nums = [1,2,3] 输出：[1,3,2]

示例 2：

输入：nums = [3,2,1] 输出：[1,2,3]

示例 3：

输入：nums = [1,1,5] 输出：[1,5,1]

示例 4：

输入：nums = [1] 输出：[1]

提示：

1 <= nums.length <= 100 0 <= nums[i] <= 100

二、解题思路

本题要求我们实现一个算法，将给定数字序列重新排列成字典序中下一个更大的排列。

以数字序列 [1,2,3]为例，其排列按照字典序依次为： [1,2,3] [1,3,2] [2,1,3] [2,3,1] [3,1,2] [3,2,1]

这样，排列 [2,3,1]的下一个排列即为 [3,1,2]。特别的，最大的排列 [3,2,1] 的下一个排列为最小的排列 [1,2,3]。

注意到下一个排列总是比当前排列要大，除非该排列已经是最大的排列。我们希望找到一种方法，能够找到一个大于当前序列的新序列，且变大的幅度尽可能小。

具体地：

我们需要将一个左边的「较小数」与一个右边的「较大数」交换，以能够让当前排列变大，从而得到下一个排列。

同时我们要让这个「较小数」尽量靠右，而「较大数」尽可能小。当交换完成后，「较大数」右边的数需要按照升序重新排列。这样可以在保证新排列大于原来排列的情况下，使变大的幅度尽可能小。

以排列 [4,5,2,6,3,1]为例：

我们能找到的符合条件的一对「较小数」与「较大数」的组合为 2 与 3，满足「较小数」尽量靠右，而「较大数」尽可能小。

当我们完成交换后排列变为 [4,5,3,6,2,1]，此时我们可以重排「较小数」右边的序列，序列变为 [4,5,3,1,2,6]。

具体地，我们这样描述该算法，对于长度为 n 的排列 a：

首先从后向前查找第一个顺序对 (i,i+1)，满足 a[i] < a[i+1]。这样「较小数」即为 a[i]。此时 [i+1,n)必然是下降序列。

如果找到了顺序对，那么在区间 [i+1,n)中从后向前查找第一个元素 j 满足 a[i] < a[j]。这样「较大数」即为 a[j]。

交换 a[i]与 a[j]，此时可以证明区间 [i+1,n) 必为降序。我们可以直接使用双指针反转区间 [i+1,n)使其变为升序，而无需对该区间进行排序。

注意

如果在步骤 1 找不到顺序对，说明当前序列已经是一个降序序列，即最大的序列，我们直接跳过步骤 2 执行步骤 3，即可得到最小的升序序列。

三、代码

class Solution {
public:
    void nextPermutation(vector<int>& nums) {
        int i = nums.size() - 2;
        while (i >= 0 && nums[i] >= nums[i + 1]) {
            i--;
        }
        if (i >= 0) {
            int j = nums.size() - 1;
            while (j >= 0 && nums[i] >= nums[j]) {
                j--;
            }
            swap(nums[i], nums[j]);
        }
        reverse(nums.begin() + i + 1, nums.end());
    }
};

四、复杂度

时间复杂度：O(N)，其中 N 为给定序列的长度。我们至多只需要扫描两次序列，以及进行一次反转操作。

空间复杂度：O(1)，只需要常数的空间存放若干变量。