[Algorithm][回溯][全排列][子集] + 回溯原理详细讲解

news2024/10/6 1:44:41

0.原理讲解

回溯算法通常⽤于解决组合问题、排列问题和搜索问题等
回溯算法的基本思想：
- 从⼀个初始状态开始，按照⼀定的规则向前搜索，当搜索到某个状态⽆法前进时，回退到前⼀个状态，再按照其他的规则搜索
- 回溯算法在搜索过程中维护⼀个状态树，通过遍历状态树来实现对所有可能解的搜索
回溯算法的核⼼思想：“试错”
- 在搜索过程中不断地做出选择，如果选择正确，则继续向前搜索
- 否则，回退到上⼀个状态，重新做出选择
回溯算法通常⽤于解决具有多个解，且每个解都需要搜索才能找到的问题
总结：管他丫的深搜、回溯还是剪枝，画出决策树就完事:P
- 决策树画的越详细越好
回溯思考流程
1. 决策树
2. 设计代码
  - 全局变量
  - DFS()设计
3. 细节问题：剪枝、回溯、递归出口
注意：没有一成不变的模板，只要能把决策树画出来，把决策树转化成代码就够了

1.全排列

1.题目链接

全排列

2.算法原理详解

全局变量设计：
- vector<vector<int>> ret：存储结果
- vector<int> path：存储路径
- vector<bool> check：实现剪枝
DFS()设计思路：仅需关心某一个结点在干什么事情即可
细节：
- 回溯：
  - 剔除path最后一个元素
  - 修改check数组
- 递归出口：遇到叶子结点的时候，直接添加结果

3.代码实现

class Solution 
{
    vector<vector<int>> ret;
    vector<int> path;
    vector<bool> check; // 实现剪枝
public:
    vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) 
    {
        check.resize(nums.size(), false);
        DFS(nums);
        return ret;
    }

    void DFS(vector<int>& nums)
    {
        if(nums.size() == path.size())
        {
            ret.push_back(path);
            return;
        }

        for(int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            if(!check[i])
            {
                path.push_back(nums[i]);
                check[i] = true;
                DFS(nums);

                // 回溯 -> 恢复现场
                path.pop_back();
                check[i] = false;
            }
        }
    }
};

2.子集

1.题目链接

子集

2.算法原理详解

思路一：每次盯着一个数，选或是不选
- 全局变量：
  - vector<int> path
  - vector<vector<int>> ret
- DFS()设计
  - 函数头：void DFS(nums, i)
    - i：下一层递归要选的元素
  - 函数体：
    - 选：path += nums[i], DFS(num, i + 1)
    - 不选：DFS(nums, i + 1)
  - 递归出口：i == nums.size()
- 回溯：选时需要回溯
思路二：每次都只选一个数，此后只能选它后面的数
- 全局变量：
  - vector<int> path
  - vector<vector<int>> ret
- DFS()设计
  - 函数头：void DFS(nums, pos)
    - pos：下一层递归选择数时的起始下标
  - 函数体：
    - 循环枚举还能选哪些数
  - 递归出口：不需要特定函数出口
- 回溯：函数返回时回溯
思路二是优于思路一的
- 思路二每次递归，都会是一个结果，而思路一结果只会出现在叶子节点上
- 思路二递归的次数是要明显少于思路一的

3.代码实现

// v1.0 每次盯着一个数，选或是不选
class Solution 
{
    vector<vector<int>> ret;
    vector<int> path;
public:
    vector<vector<int>> subsets(vector<int>& nums) 
    {
        DFS(nums, 0);
        return ret;
    }

    void DFS(vector<int>& nums, int i)
    {
        if(i == nums.size())
        {
            ret.push_back(path);
            return;
        }

        // 选
        path.push_back(nums[i]);
        DFS(nums, i + 1);
        path.pop_back(); // 回溯，恢复现场

        // 不选
        DFS(nums, i + 1);
    }
};
----------------------------------------------------------------------------------
// v2.0 每次都只选一个数，此后只能选它后面的数
class Solution 
{
    vector<vector<int>> ret;
    vector<int> path;
public:
    vector<vector<int>> subsets(vector<int>& nums) 
    {
        DFS(nums, 0);
        return ret;
    }

    void DFS(vector<int>& nums, int pos)
    {
        ret.push_back(path);

        for(int i = pos; i < nums.size(); i++)
        {
            path.push_back(nums[i]);
            DFS(nums, i + 1);
            path.pop_back(); // 回溯，恢复现场
        }
    }
};