回溯之全排列

        分享完用回溯解决组合问题子集问题后,这次分享用回溯解决全排列问题。下面先给出回溯的模板代码。

private void backtracking(参数1,参数2,...){
	if(递归终止条件){
		收集结果;
		return;
	}
	for(遍历集合){
		处理;
		backtracking(参数1,参数2,...); // 递归;
		回溯;
	}
}

全排列

给定一个不含重复数字的数组nums,返回其所有可能的全排列。你可以按任意顺序返回答案。

示例 1:
输入:nums = [1,2,3]
输出:[[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]

class Solution {
    List<List<Integer>> ans = new ArrayList<>();
    List<Integer> path = new ArrayList<>();
    int[] used;
    public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
        used = new int[nums.length];
        backtracking(nums);
        return ans;
    }
    private void backtracking(int[] nums){
        if(path.size() == nums.length){
            ans.add(new ArrayList<>(path));
            return;
        }
        for(int i = 0;i < nums.length;i++){
            if(used[i] == 1) continue;
            used[i] = 1;
            path.add(nums[i]);
            backtracking(nums);
            used[i] = 0;
            path.remove(path.size() - 1);
        }
    }
}

        根据给出示例,详细说明上述代码的执行流程。定义所有排列的集合ans,定义集合path用于存储递归过程中for循环遍历到且符合要求的元素。当path的大小和数组的大小相等时,表示path为符合要求的一个排列,将其放入ans集合中。定义used数组,如果nums[i]在path中,则used[i]等于1,反之等于0。在permute方法中,初始化used数组,并调用backtracking方法收集所有排列,最终返回ans集合。
        进入backtracking方法后,path为空,不符合if条件,进入for循环,将元素1加入到path中,path为[1],used[0] = 1,递归进入下一个backtracking,path大小为1,不满足if判断,进入for循环,used[0]等于1,continue,i++,将元素2加入path,path为[1, 2],used[1] = 1,递归进入下一个backtracking,path大小为2,不符合if条件,进入for循环,此时,used[0]和used[1]都等于1,for循环遍历两次都是continue,第三次遍历将元素3加入到path中,此时path为[1, 2, 3],used[2] = 1,递归进入下一个backtracking中,此时path大小为3,符合条件,将[1, 2, 3]放入集合中,并返回到上一个backtracking,将元素3从path中移除,used[2] = 0,i++,等于nums.length,for循环结束,递归返回上一个backtracking,将元素2从path中移除,此时path为[1],used[1]等于0,for循环继续,i++,遍历到元素3,此时used[2]等于0,将元素3加入到path中,path为[1, 3],used[2] = 1,递归进入下一个backtracking中,不满足if条件,进入for循环,used[0] = 1,continue,i++,由于used[1]等于0,将元素2加入到path中,path为[1, 3, 2],used[1]等于1,递归进入下一个backtracking中,path大小为3,满足if条件,将[1, 3, 2]加入ans集合中,并返回上一个backtracking,将元素2从path集合中移除,path为[1, 3],used[1]等于0,for循环继续,i++,由于used[2]等于1,i++,等于nums.length,跳出循环,递归返回上一个backtracking中,将元素3从集合中移除,path为[1],used[2] = 0,for循环继续,i++,i等于nums.length,跳出循环,递归返回最初的backtracking中,将元素1从path中移除,path为空,used[0] = 0,此时就完成了最初backtracking中for循环的一轮。之后第二轮for循环,将元素2加入path作为首元素,能够将[2, 1, 3]和[2, 3, 1]加入到ans集合中,第三轮for循环,将元素3作为首元素,能够将[3, 1, 2]和[3, 2, 1]加入到ans集合中,这里就不再详细描述。

全排列II

给定一个可包含重复数字的序列nums,按任意顺序返回所有不重复的全排列。

示例 1:
输入:nums = [1,1,2]
输出:[[1,1,2], [1,2,1], [2,1,1]]

class Solution {
    List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
    List<Integer> path = new ArrayList<>();
    int used[];
    public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
        Arrays.sort(nums);
        used = new int[nums.length];
        backtracking(nums);
        return res;
    }
    private void backtracking(int[] nums){
        if(path.size() == nums.length){
            res.add(new ArrayList<>(path));
            return;
        }
        for(int i = 0;i < nums.length;i++){
            if(i > 0 && nums[i] == nums[i - 1] && used[i - 1] == 0) continue;
            if(used[i] == 1) continue;
            path.add(nums[i]);
            used[i] = 1;
            backtracking(nums);
            path.remove(path.size() - 1);
            used[i] = 0;
        }
    }
}

        这一题与上一题的区别在于数组中可能出现重复元素,因此这题与上一题唯一的区别在于排除掉重复的排列,首先对数组进行排序,之后在for循环中加入if(i > 0 && nums[i] == nums[i - 1] && used[i - 1] == 0) continue;这个判断条件,就可以实现排列的去重。在子集问题说明了加入该if判断的整个执行流程。该if判断能够阻止for循环横向添加重复元素,允许通过递归纵向添加重复元素。

参考:带你学透回溯算法(理论篇)| 回溯法精讲!

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