Subsets

一道非常有意思的题目。

原题如下:

Given a set of distinct integers, S, return all possible subsets.

Note:

  • Elements in a subset must be in non-descending order.
  • The solution set must not contain duplicate subsets.

For example,
If S = [1,2,3], a solution is:

[
  [3],
  [1],
  [2],
  [1,2,3],
  [1,3],
  [2,3],
  [1,2],
  []
]
只记得可以利用位操作来解决这个问题。但是想了一会儿还是没有想起来,就看了下Discuss里面的内容。其中有一个分析十分给力。如下

This is an amazing solution.Learnt a lot.Let me try to explain this to those who didn't get the logic. 

Number of subsets for {1 , 2 , 3 } = 2^3 . why ?

case possible outcomes for the set of subsets 

1 -> Take or dont take = 2 

2 -> Take or dont take = 2

3 -> Take or dont take = 2 

therefore , total = 2*2*2 = 2^3 = { { } , {1} , {2} , {3} , {1,2} , {1,3} , {2,3} , {1,2,3} }

Lets assign bits to each outcome -> First bit to 1 , Second bit to 2 and third bit to 3

Take = 1

Dont take = 0

0) 0 0 0 -> Dont take 3 , Dont take 2 , Dont take 1 = { } 

1) 0 0 1 -> Dont take 3 , Dont take 2 , take 1 = {1 } 

2) 0 1 0 -> Dont take 3 , take 2 , Dont take 1 = { 2 } 

3) 0 1 1 -> Dont take 3 , take 2 , take 1 = { 1 , 2 } 

4) 1 0 0 -> take 3 , Dont take 2 , Dont take 1 = { 3 } 

5) 1 0 1 -> take 3 , Dont take 2 , take 1 = { 1 , 3 } 

6) 1 1 0 -> take 3 , take 2 , Dont take 1 = { 2 , 3 } 

7) 1 1 1 -> take 3 , take 2 , take 1 = { 1 , 2 , 3 } 

In the above logic ,Insert S[i] only if (1<<i)&j ==true { j E { 0,1,2,3,4,5,6,7 } i = ith element in the input arra}

element 1 is inserted only into those places where 1st bit of j is 1  if( 1 << i &j ) ==> for above above eg. this is true for sl.no.( j )= 1 , 3 , 5 , 7 

element 2 is inserted only into those places where 2nd bit of j is 1 if( 1 << i &j ) == for above above eg. this is true for sl.no.( j ) = 2 , 3 , 6 , 7

element 3 is inserted only into those places where 3rd bit of j is 1 if( 1 << i &j ) == for above above eg. this is true for sl.no.( j ) = 4 , 5 , 6 , 7 

Time complexity : O(n*2^n) , for every input element loop traverses the whole solution set length i.e. 2^n

感谢 leet_nik 对C=+代码的解释,我对Java代码改动了一下。

如此很容易写出Java代码:

	public List<List<Integer>> subsets(int[] S) {
	    Arrays.sort(S);
	    int totalNumber = 1 << S.length;//将1左移S.length位
	    System.out.println(totalNumber);
	    List<List<Integer>> collection = new ArrayList<List<Integer>>(totalNumber);
	    for (int i=0; i<totalNumber; i++) {
	        List<Integer> set = new LinkedList<Integer>();
	        for (int j=0; j<S.length; j++) {
	            if ((i & (1<<j)) != 0) {
	                set.add(S[j]);	//只添加和i相同的j位置的S[j]
	            }
	        }
	        collection.add(set);
	    }
	    return collection;
	}




<think>嗯,用户现在问的是“new_subsets怎么弄”,看起来他们在之前的递归求子集的代码中对`new_subsets`的生成过程不太明白。首先,我需要回顾之前的对话,确保自己正确理解上下文。 用户之前询问如何用递归方法求集合的子集,我给出了一个Python代码示例,其中`new_subsets`是通过遍历已有的`rest_subsets`并将当前元素添加到每个子集中生成的。现在用户可能对这部分的具体实现有疑问,或者不理解`new_subsets`是如何形成的。 接下来,我需要分析用户的问题。他们可能不太理解列表推导式的作用,或者想知道为什么这样处理就能生成包含当前元素的子集。也有可能对递归过程中`rest_subsets`和`new_subsets`的关系感到困惑。 考虑到用户可能是编程新手,需要将问题拆解得更详细。我应该从递归的基本思路开始,逐步解释每一步发生了什么,特别是`new_subsets`的生成过程。可能需要用更简单的例子来演示,比如用一个小集合如[1,2]来逐步展示递归调用栈和变量的变化。 此外,用户可能对代码中的列表操作不太熟悉,比如`[current] + subset`是如何工作的。需要解释Python中列表拼接的机制,以及这里的`subset`指的是`rest_subsets`中的每一个元素,即已有的子集。 还要注意用户可能的误区,比如认为`new_subsets`是直接添加当前元素到原集合,而实际上它是将当前元素添加到每一个已有的子集中,从而生成新的子集。需要强调这一步是递归生成子集的关键,即每次递归都处理剩余元素,然后将当前元素与之前的子集组合。 最后,要确保回答结构清晰,分步骤说明,并结合示例代码和具体的例子来验证每个步骤的正确性,帮助用户建立直观的理解。</think>好的!我来详细解释 `new_subsets` 的生成过程,以及它在递归生成子集中的核心作用。 --- ### **关键概念** - **目标**:递归生成子集时,每一步需要将当前元素与已生成的子集组合,形成包含当前元素的新子集。 - **核心操作**:将当前元素添加到所有已存在的子集中,生成一批新的子集。 --- ### **具体步骤解释** 假设当前处理的元素是 `current`,已递归生成的子集列表是 `rest_subsets`(即不包含 `current` 的所有子集)。那么: 1. **遍历已有子集**:对 `rest_subsets` 中的每一个子集(例如 `subset = []` 或 `subset = [2]`)。 2. **添加当前元素**:将 `current` 插入到每个子集的头部(或尾部),生成新的子集。 3. **收集所有新子集**:将这些新生成的子集组合成 `new_subsets`。 **代码实现**: ```python current = nums[0] new_subsets = [ [current] + subset for subset in rest_subsets ] ``` --- ### **示例演示** 以集合 `[1, 2, 3]` 为例,递归到最深层时(处理最后一个元素 `3`): - `rest_subsets` 是空集的子集:`[[]]` - `current = 3` - `new_subsets = [[3] + subset for subset in [[]]] → [[3]]` **合并结果**:`rest_subsets (不包含3) + new_subsets (包含3)` → `[[], [3]]` --- #### **递归向上返回的过程** 假设递归返回到处理 `current = 2`: - `rest_subsets` 是 `[[], [3]]`(不包含2的子集) - `new_subsets` 是 `[[2] + [], [2] + [3]] → [[2], [2, 3]]` - 合并结果:`[[], [3], [2], [2, 3]]` 继续返回到处理 `current = 1`: - `rest_subsets` 是 `[[], [3], [2], [2, 3]]`(不包含1的子集) - `new_subsets` 是 `[[1] + s for s in rest_subsets] → [[1], [1,3], [1,2], [1,2,3]]` - 合并结果:`[[], [3], [2], [2,3], [1], [1,3], [1,2], [1,2,3]]` --- ### **为什么这样设计?** - **递归逻辑**:每一步只处理当前元素,其余交给递归解决。 - **数学本质**:若已知集合 $S' = S \setminus \{a\}$ 的所有子集,则 $S$ 的子集 = $S'$ 的子集(不包含 $a$) + 每个 $S'$ 的子集添加 $a$ 后的结果(包含 $a$)。 --- ### **常见误区** 1. **直接操作原集合**:错误地修改原集合会导致重复或遗漏。递归应始终处理剩余元素。 2. **浅拷贝问题**:如果直接引用列表(如 `subset.append(current)`),会导致所有子集共享同一内存。必须创建新列表(例如 `[current] + subset`)。 --- ### **总结** `new_subsets` 的作用是:**将当前元素添加到所有已有子集中,生成包含当前元素的新子集**。它是递归过程中“扩展子集”的核心步骤,最终与不包含当前元素的子集合并,形成完整的子集集合。
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