Day 24 回溯: 77. 组合

简介
回溯,搜索,递归,穷举,优化:剪枝。
树形结构 (N叉树)

  • 宽度
  • 深度



    模板

选择,撤销在循环内。

def backtrack(status, params):
    if (stopping conditions):
        save result
        return 
    for (choice in choices):
        +choice
        backtrack(status(choice), params)
        -choice
  • 组合
  • 分割
  • 子集
  • 排列
  • 棋盘
  • 其它

回溯算法和 DFS 算法的细微差别是:回溯算法是在遍历「树枝」,DFS 算法是在遍历「节点」.
1、路径:也就是已经做出的选择。
2、选择列表:也就是你当前可以做的选择。
3、结束条件:也就是到达决策树底层,无法再做选择的条件。

for 选择 in 选择列表:
    # 做选择
    将该选择从选择列表移除
    路径.add(选择)
    backtrack(路径, 选择列表)
    # 撤销选择
    路径.remove(选择)
    将该选择再加入选择列表
  • 组合,子集,排列 (总共9个变种)
    无重不可复选
    有重不可复选
    无重可复选



  • 无重不可复选

组合,子集:用start index 控制选择列表. start: i+1 (不可复选)
排列:用used 数组避免选择同一位置数字 (不可复选)

# 组合,子集
def backtrack(nums: List[int], start: int):
    # base case
    # 回溯算法标准框架
    for i in range(start, len(nums)):
        # 做选择
        track.append(nums[i])
        # 注意参数
        backtrack(nums, i + 1)
        # 撤销选择
        track.pop()

# 排列
def backtrack(nums: List[int]):
    # base case
    for i in range(len(nums)):
        # 剪枝逻辑
        if used[i]:
            continue
        # 做选择
        used[i] = True
        track.append(nums[i])

        backtrack(nums)
        # 撤销选择
        track.pop()
        used[i] = False
  • 有重不可复选

需要去重:排序或者hash(如果不可以排序) (有重)
组合,子集:用start index 控制选择列表 + 同层去重 start: i+1 (不可复选)
排列: 用used数组标记避免重复选择 + 同层去重(细节)(不可复选)

nums.sort()
# 组合/子集问题回溯算法框架
def backtrack(nums: List[int], start: int):
    # base case
    # 回溯算法标准框架
    for i in range(start, len(nums)):
        # 剪枝逻辑,跳过值相同的相邻树枝
        if i > start and nums[i] == nums[i - 1]:
            continue
        # 做选择
        track.append(nums[i])
        # 注意参数
        backtrack(nums, i + 1)
        # 撤销选择
        track.pop()


nums.sort()
# 排列问题回溯算法框架
def backtrack(nums: List[int]):
    # base case
    for i in range(len(nums)):
        # 剪枝逻辑
        if used[i]:
            continue
        # 剪枝逻辑,固定相同的元素在排列中的相对位置
        if i > 0 and nums[i] == nums[i - 1] and not used[i - 1]:
            continue
        # 做选择
        used[i] = True
        track.append(nums[i])

        backtrack(nums)
        # 撤销选择
        track.pop()
        used[i] = False
  • 无重可复选

组合,子集:类似有重不可复选,但是递归调用初始Index是当前节点。start: i (可复选)
排列:不需要用used数组。(可复选)

# 组合/子集问题回溯算法框架
def backtrack(nums: List[int], start: int):
    # base case
    # 回溯算法标准框架
    for i in range(start, len(nums)):
        # 做选择
        track.append(nums[i])
        # 注意参数
        backtrack(nums, i)
        # 撤销选择
        track.pop()

# 排列问题回溯算法框架
def backtrack(nums: List[int]):
    # base case
    for i in range(len(nums)):
        # 做选择
        track.append(nums[i])
        backtrack(nums)
        # 撤销选择
        track.pop()

77. 组合

  • 思路
    • example
    • 回溯,去重
      • 宽度:n
      • 深度:k


  • 复杂度. 时间:, 空间:
class Solution:
    def combine(self, n: int, k: int) -> List[List[int]]:
        def backtrack(start):
            if len(path) == k:
                res.append(path[:])
                return 
            for i in range(start+1, n+1):
                path.append(i)
                backtrack(i)
                path.pop()
        res = []
        path = []
        backtrack(0)
        return res 
class Solution:
    def combine(self, n: int, k: int) -> List[List[int]]:
        def traversal(start):
            if len(path) == k:
                res.append(path[:])
                return 
            for i in range(start, n+1):
                path.append(i) 
                traversal(i+1)
                path.pop()
        res = []
        path = []
        traversal(1)
        return res 
  • 优化:剪枝
    • 横向遍历的时候去掉不可能成功(个数不足)的情况。


class Solution:
    def combine(self, n: int, k: int) -> List[List[int]]:
        def backtrack(start):
            if len(path) == k:
                res.append(path[:])
                return 
            for i in range(start, n-(k-len(path))+2):
                path.append(i)
                backtrack(i+1) 
                path.pop()
        res, path = [], []
        backtrack(1)
        return res 
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