【中等】31. 下一个排列

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整数数组的一个 排列  就是将其所有成员以序列或线性顺序排列。

  • 例如,arr = [1,2,3] ,以下这些都可以视作 arr 的排列:[1,2,3][1,3,2][3,1,2][2,3,1] 。

整数数组的 下一个排列 是指其整数的下一个字典序更大的排列。更正式地,如果数组的所有排列根据其字典顺序从小到大排列在一个容器中,那么数组的 下一个排列 就是在这个有序容器中排在它后面的那个排列。如果不存在下一个更大的排列,那么这个数组必须重排为字典序最小的排列(即,其元素按升序排列)。

  • 例如,arr = [1,2,3] 的下一个排列是 [1,3,2] 。
  • 类似地,arr = [2,3,1] 的下一个排列是 [3,1,2] 。
  • 而 arr = [3,2,1] 的下一个排列是 [1,2,3] ,因为 [3,2,1] 不存在一个字典序更大的排列。

给你一个整数数组 nums ,找出 nums 的下一个排列。

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]

提示:

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

1. 核心逻辑:生活中的“插队”艺术

想象你有一串数字卡片排成一行,比如 [1, 2, 7, 4, 3, 1]

你想通过交换卡片的位置,得到一个比现在大、但又是所有大数中最小的组合(就像字典序里的下一个单词)。

生活案例: 就像在一排人里,你想找一个稍微高一点的人往前站,但为了让增加的身高“尽量小”,你得从**最右边(个位数)**开始观察,寻找第一个破坏“从大到小”规律的人。


2. 算法三部曲

  1. 从后往前找“倒霉蛋” (i): 寻找第一个比右边邻居小的数。因为如果右边全是降序的(比如 7, 4, 3, 1),这块已经大到极限了,没法再变大了。
  2. 找个“接班人” (j): 在这个“倒霉蛋”的右边,找一个比他大但又最小的数,把他们俩互换。
  3. 重整旗鼓: 互换后,右边的部分还是降序的,为了让整体数值最小,要把右边反转成升序。

3. 完整代码实现(带详尽注释)

JavaScript

/**
 * @param {number[]} nums
 * @return {void} Do not return anything, modify nums in-place instead.
 */
var nextPermutation = function(nums) {
    // 从倒数第二个元素开始往前找
    let i = nums.length - 2;

    // --- 第一步:寻找第一个“升序对” ---
    // 目标:找到第一个 nums[i] < nums[i+1] 的位置
    // 此时 nums[i+1...end] 必然是降序的
    while (i >= 0 && nums[i] >= nums[i + 1]) {
        i--;
    }

    // 如果 i < 0,说明整个数组都是降序(如 [3,2,1]),直接跳到第三步反转即可
    if (i >= 0) {
        // --- 第二步:寻找“稍微大一点”的数 ---
        // 在 nums[i] 的右边寻找第一个大于 nums[i] 的数 nums[j]
        let j = nums.length - 1;
        while (j >= 0 && nums[j] <= nums[i]) {
            j--;
        }
        // 交换这两个数,让高位变大一点点
        [nums[i], nums[j]] = [nums[j], nums[i]];
    }

    // --- 第三步:反转右侧,保持“贪心”思想 ---
    // 为了让变大后的数字增加幅度最小,我们需要把 i 之后的降序部分变成升序
    reverse(nums, i + 1);
};

/**
 * 辅助函数:反转数组指定范围
 */
function reverse(nums, start) {
    let left = start;
    let right = nums.length - 1;
    while (left < right) {
        [nums[left], nums[right]] = [nums[right], nums[left]];
        left++;
        right--;
    }
}

4. 深度思考:为什么要 reverse?

当在第 i 位换了一个更大的数后,后面剩下的数字依然是降序排列的。降序代表这部分是当前组合下的最大值

为了让整体增加的幅度最小,我们需要把后面这块变回最小值(也就是升序)。

复杂度分析:

  • 时间复杂度: O(n)O(n),我们最多遍历数组两三遍。
  • 空间复杂度: O(1)O(1),直接在原数组上操作,不需要额外空间。