回溯算法简单介绍

news2024/10/5 21:17:08

目录

1.回溯算法简单介绍

2.回溯算法框架:

 我们用一道题来详细讲解回溯算法的过程

3.全排列问题


1.回溯算法简单介绍

解决一个回溯问题,其实就是一个决策树的遍历过程,我们只需要思考三个问题:

1.路径:就是已经做出的选择

2.选择列表:就是当前我们可以做的选择

3.结束条件:就是到达决策树底层,无法在作出选择的条件

2.回溯算法框架:

核心就是for循环里面的递归,在递归调用前做出选择,在递归调用后撤销选择

backtrack(路径,选择列表){

        //结束条件

        结果加入结果集

        for 选择 in 列表:

        //做选择,并将该选择从列表中移除

        路径.add(选择)

        backtrack(路径,选择列表)

        //撤销选择

        路径.remove(选择)

}

 我们用一道题来详细讲解回溯算法的过程

3.全排列问题

为了简单清晰的讲解,我们这次的全排列不包含重复数字

假设给我们三个数【1,2,3】,我们可以轻而易举的画出回溯树:

 

只要从根节点遍历这棵树,记录路径上的数字,走到叶子节点就得到了一个排列,遍历完整棵树就得到了所有的全排列,我们把它称之为决策树

我们定义的backstrack函数其实就像一个指针,在这棵树上遍历,同时维护每个节点的属性,每当走到树的底层,其路径就是一个全排列

那么如何遍历一棵树呢?

多叉树的遍历框架:

void traverse(TreeNode root){

        for(TreeNode child:root.children) {

        //前序遍历需要的操作

        traverse(child);

        //后序遍历需要的操作

        }

}

前序遍历的代码在进入某一个节点之前的那个时间点执行,后序遍历的代码在离开某个节点的之后的那个时间点执行

所以我们只要在递归调用前做出选择,在递归调用后撤销选择,就能正确维护每个结点的选择列表和路径

下面我们来看全排列的代码:

public class Solution {
    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1,2,3};
        Solution s = new Solution();
        System.out.println(s.permute(nums));
    }
    public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        permuteHelper(nums,list);
        return res;
    }

    private void permuteHelper(int[] nums, LinkedList<Integer> list) {
        //边界条件
        if(list.size() == nums.length) {
            res.add(new LinkedList<>(list));
            return;
        }
        //做出选择
        for (int num: nums) {
            //在递归之前做出选择
            //判断是否已选择过
            if(list.contains(num)) {
                continue;
            }
            list.add(num);
            permuteHelper(nums,list);
            //在递归之后撤销选择
            list.removeLast();
        }
    }
}

至此,我们就通过全排列问题详解了回溯算法的底层原理,当然这么做不是最好的思路,但是必须说明说我是,不管怎么优化,都符合回溯框架,而且时间复杂度不可能低于O(N!),因为穷举整颗决策树是不可避免的,这也是回溯算法的一个特点,不想动态规划存在重叠子问题可以优化,回溯算法就是纯暴力穷举,复杂度一般都很高

从某种程度上说,动态规划的暴力求解阶段就是回溯算法,只是有的问题可以通过巧妙的定义,构造出最优子结构,找到重叠子问题,用dp数组或者备忘录优化,将递归树大幅剪枝,这就是动态规划

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