[python]回溯法模板

本文介绍了回溯法的概念,通过无重复元素和有重复元素的全排列问题阐述其应用。在无重复元素全排列中,利用深度优先搜索(DFS)解决,回溯条件是元素已存在于临时列表中。对于有重复元素的全排列,需引入计数器避免超出限制,并防止重复排列。回溯法的关键在于合理设定分支限界和返回条件,是将原问题转化为树结构并遍历的过程。

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什么是回溯法

回溯法(探索与回溯法)是一种选优搜索法,又称为试探法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的技术为回溯法,而满足回溯条件的某个状态的点称为“回溯点”。

无重复元素全排列问题

给定一个所有元素都不同的list,要求返回list元素的全排列。

设n = len(list),那么这个问题可以考虑为n叉树,对这个树进行dfs,这个问题里的回溯点就是深度(也就是templist的长度)为n时,回溯的条件就是当前元素已经出现在templist中了。

回溯法与递归:
回溯法是一种思想,递归是一种形式

class Solution(object):

    #rtlist用来存储所有的返回所有排列,templist用来生成每个排列
    def backtrack(self,rtlist,templist,nums):
        if(len(templist) == len(nums)):
            rtlist.append(templist[:])
        else:
            for i in nums:

                if(i in templist): #如果在当前排列中已经有i了,就continue,相当于分支限界,即不对当前节点子树搜寻了
                    continue<
### Python 回溯算法模板与示例 #### 示例一:全排列问题 此段代码展示了如何利用回溯法来解决给定数组`nums`的所有可能排列组合的问题。每当路径长度等于输入列表的长度时,意味着找到了一个新的排列方案并将其加入最终结果集中。 ```python def permute(nums): def backtrack(path): if len(path) == len(nums): # 当前路径长度等于目标长度,则保存该路径作为解的一部分 result.append(path[:]) return for num in nums: # 遍历每一个候选元素 if num in path: # 如果当前元素已经在路径中存在则跳过此次循环 continue path.append(num) # 将符合条件的新元素添加至路径末端 backtrack(path) # 进入下一层递归继续构建更长的序列 path.pop() # 清除最后一步操作以便尝试其他可能性 result = [] backtrack([]) return result # 返回所有找到的有效排列组合 ``` 对于测试数据 `nums = [1, 2, 3]`, 输出将是: ```plaintext [[1, 2, 3], [1, 3, 2], [2, 1, 3], [2, 3, 1], [3, 1, 2], [3, 2, 1]] ``` 这段程序通过递归调用来探索每一种潜在的选择分支,并在适当时候记录完整的解决方案[^1]。 #### 示例二:通用回溯框架 这里提供了一个更加抽象化的版本,适用于多种类型的回溯场景,如求解N皇后、子集等问题。它定义了一套标准流程用于指导何时停止搜索以及怎样处理每个节点上的逻辑决策。 ```python def backtracking(options, solution=[]): if not options or meets_end_condition(solution): # 终止条件判断 store_solution(solution.copy()) # 符合结束条件即存储当前解答副本 return # 结束本轮迭代 for option in options: # 枚举所有可行选项 apply_option(option) # 应用选定的操作/状态改变 remaining_options = update_remaining_options(...) # 更新剩余可用项列表 backtracking(remaining_options, solution+[option]) undo_apply_option(option) # 撤销之前所做的更改准备下一个试探方向 ``` 上述伪代码描述了典型的回溯过程中的几个重要组成部分——检查是否满足完成标志;遍历所有合法选择;执行具体动作;更新环境变量;发起新一轮深入探寻;恢复初始设定以备后续考察其它情况[^2]。
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