今天来总结下LeetCode上关于回溯的应用之排列组合相关的问题 - ( ゜- ゜)つロ
1.1 LeetCode 46.全排列
给定一个没有重复数字的序列,返回其所有可能的全排列。
示例:
输入: [1,2,3]
输出:
[
[1,2,3],
[1,3,2],
[2,1,3],
[2,3,1],
[3,1,2],
[3,2,1]
]
来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/permutations
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权,非商业转载请注明出处。
一般的排列组合问题的本质都是枚举,对于枚举来说,最适合的算法就是回溯算法,我画了副图来理解这个过程:

白色框框即为可以取值的数组,红色的数字是取出的数字,而黄色框框则为最后的结果;可以看到这是一个典型的树型结构解,而递归适合解对称类型的树型结构问题,例如二叉树问题,所以采用特殊的递归手段:回溯来解决这个问题:
private List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
private boolean[] used;
public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
used = new boolean[nums.length];
backTraceSearch(nums, 0, new LinkedList<Integer>());
return res;
}
/**
* @auther: Arong
* @description: 回溯搜索
* @param: [nums:含有所有元素的数组, count:当前结果中已有的元素个数, oneRes:存储当前结果]
* @return: void
*/
private void backTraceSearch(int[] nums, int count, LinkedList<Integer> oneRes) {
//回溯终止条件
if (count == nums.length) {
res.add(new ArrayList<Integer>(oneRes));
return;
}
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
//当前结果中没有被使用到的元素才可取出
if (!used[i]) {
//已使用当前元素,标识为true,在下一次回溯搜索中不要使用该元素
used[i] = true;
//将当前结果添加到oneRes中,count + 1
oneRes.addLast(nums[i]);
//回溯搜索
backTraceSearch(nums, count + 1, oneRes);
//将状态变回原来的状况
oneRes.removeLast();
used[i] = false;
}
}
return;
}
1.2 LeetCode 47. 全排列 II
给定一个可包含重复数字的序列,返回所有不重复的全排列。
示例:
输入: [1,1,2]
输出:
[
[1,1,2],
[1,2,1],
[2,1,1]
]
来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/permutations-ii
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权,非商业转载请注明出处。
这个问题和46题是一样的思路,但是不能像之前那样全部枚举出来,因为数组中存在重复的元素,这时就需要用到剪枝优化技术:即在回溯搜索的过程中,剪去完全不可能成立的情况(路径),优化从而避免多余的搜索。
如下图,我们应该让红色方块在同一个层次中只存在一个,就能避免接下来多余的重复搜索了,那么如何进行剪枝呢?
从图中我们可以清晰地看到,当同一层次的节点取的值和上一个节点是一样的,譬如第二层的第一个节点取了1,第二个节点也取了1时,之后的搜索都是重复的,这就是剪枝的条件:nums[i] != nums[i - 1];

private List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
private boolean[] used = null;
public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
if (nums.length == 0) return res;
used = new boolean[nums.length];
//先对nums进行排序
Arrays.sort(nums);
serachWithPruning(nums, 0, new LinkedList<Integer>());
return res;
}
/**
* @auther: Arong
* @description: 带有剪枝优化的回溯搜索
* @param: [nums:含有所有元素的数组, count:当前结果中已有的元素个数, oneRes:存储当前结果]
* @return: void
*/
private void serachWithPruning(int[] nums, int count, LinkedList<Integer> oneRes) {
//回溯终止条件
if (count == nums.length) {
res.add(new ArrayList<Integer>(oneRes));
return;
}
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
//剪枝优化,nums[i - 1] == nums[i](i >= 1时 && !used[i - 1]表示的是上一节点取值和当前取值相同)
if (i >= 1 && nums[i - 1] == nums[i] && !used[i - 1]) {
continue;
}
if (!used[i]) {
used[i] = true;
oneRes.addLast(nums[i]);
//回溯搜索
serachWithPruning(nums, count + 1, oneRes);
//状态转变回来
oneRes.removeLast();
used[i] = false;
}
}
return;
}
1.3 LeetCode 77. 组合
给定两个整数 n 和 k,返回 1 … n 中所有可能的 k 个数的组合。
输入: n = 4, k = 2
输出:
[
[2,4],
[3,4],
[2,3],
[1,2],
[1,3],
[1,4],
]
来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/combinations
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权,非商业转载请注明出处。
组合问题和排列问题不同的地方在于,用过的元素就不再使用,在方法参数中多传递一个start开始索引即可,每次将其+1
private List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
private boolean[] used;
public List<List<Integer>> combine(int n, int k) {
if (n <= 0) return res;
used = new boolean[n];
backTraceSearch(n, k, 1, new LinkedList<Integer>());
return res;
}
private void backTraceSearch(int n, int k, int start, LinkedList<Integer> oneRes) {
//回溯终止条件
if (oneRes.size() == k) {
res.add(new ArrayList<Integer>(oneRes));
return;
}
for (int i = start; i <= n; i++) {
oneRes.offerLast(i);
//回溯搜索
backTraceSearch(n, k, i + 1, oneRes);
//把状态变回来
oneRes.removeLast();
}
return;
}
未完持续…

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