Лексикографический порядок

Определение

Пусть дано линейно упорядоченное множество [math]~E=\{e_1\lt e_2\lt e_3\lt ...\lt e_k\}[/math] — алфавит. Словом назовем упорядоченное множество [math] ~S [/math] элементов алфавита [math] ~A [/math]. Тогда если на алфавите [math] A [/math] задан порядок, то порядок задан и на слове [math] ~S [/math]. Тогда говорят, что множество слов [math] ~A [/math] задано в лекcикографическом порядке, если для [math]\forall i \in A [/math] [math]\forall j \in A [/math] таких, что [math] i \lt j [/math] выполнено, что слово [math] ~A_i [/math] меньше, чем слово [math] ~A_j [/math].

Сравнение слов

Что же значит, что слово [math] ~A [/math] меньше слова [math] ~B [/math], и как вообще можно сравнивать слова?

Говорят, что слово [math] ~A [/math] меньше слова [math] ~B [/math], если:

1. Слово [math] ~A [/math] является префиксом слова [math] ~B [/math]

2. Ни одно из слов не является префиксом другого, но [math]\exists i [/math] [math] \ge 0 [/math] такое, что для всех [math] j \lt i [/math] выполнено неравенство [math] A_j = B_j [/math], а [math] A_i \lt B_i [/math]. Элементы слова мы можем сравнивать, так как это элементы алфавита, а на алфавите задан строгий порядок.

Приведем псевдокод сравнения слов:

function isEqual(A, B : string)
   for i = 0 .. min(len(A), len(B)) - 1 //Длины равны, строки нумеруются с ноля
        if (A[i] < B[i])
            return <
        if (A[i] > B[i])
            return >
    //Одна из строк является префиксом другой
    if (len(A) < len(B))
        return <
    if (len(A) > len(B))
        return >
    return = //Длины строк и все символы равны

Генерация слов в лексикографическом порядке

Попробуем сгенерировать все слова в лексикографическом порядке. Для этого воспользуемся рекурсией.

Параметром для рекурсии будет служить префикс, который мы уже записали. Тогда если наш префикс уже длины [math] L [/math] (которую мы хотим получить), то запишем получившееся слово, и выйдем из рекурсии. Если длина меньше, то будем приписывать по символу, в порядке от меньшего к большему и снова запускать рекурсию от нового префикса.

Почему это будет работать? Ну давайте проверим определение: мы генерируем слова одинаковой длины, потому проверим пункт 2.

Пусть мы сейчас имеем префикс длины [math] i [/math] и все строки, начинающихся с префиксов меньших, чем наш уже выведены. Тогда согласно алгоритму мы будем приписывать меньшие символы, и достраивать при помощи рекурсии их до полных строк, то есть перебирать все строки с новым префиксом. А так как мы приписываем символы по увеличению, то все слова с меньшим префиксом мы заведомо переберем, следовательно слова будут в лексикографическом порядке.

Приведем псевдокод генерации:

procedure generate(s : string)
    if (len(s) == L) 
        write(s);
        exit;
    for i = 'a' .. 'z'
        generate(s + i)

Примеры

1. Последовательность чисел в любой системе счисления, записанных в фиксированной разрядной сетке (000, 001, 002, 003, 004, 005, …, 999).
2. Порядок слов в словаре. Предполагается, что буквы можно сравнивать, сравнивая их номера в алфавите. Тогда лексикографический порядок — это, например, ААА, ААБ, ААВ, ААГ, …, ЯЯЯ.