深度优先搜索( Depth First Search):
一种用于遍历或搜索树或图的算法。 沿着树的深度遍历树的节点,尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所在边都己被探寻过或者在搜寻时结点不满足条件,搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。属于盲目搜索,最糟糕的情况算法时间复杂度为O(n!)。
典型题例:
请设计一个函数,用来判断在一个矩阵中是否存在一条包含某字符串所有字符的路径。
路径可以从矩阵中的任意一个格子开始,每一步可以在矩阵中向左,向右,向上,向下移动一个格子。
如果一条路径经过了矩阵中的某一个格子,则之后不能再次进入这个格子。
示例 :
matrix=
[
["A","B","C","E"],
["S","F","C","S"],
["A","D","E","E"]
]
str="BCCE" , return "true"
str="ASAE" , return "false"
思路
( D F S ) O ( n 2 3 k ) (DFS) O(n^23^k) (DFS)O(n23k)
在深度优先搜索中,最重要的就是考虑好搜索顺序。
我们先枚举单词的起点,然后依次枚举单词的每个字母。
过程中需要将已经使用过的字母改成一个特殊字母,以避免重复使用字符。
时间复杂度分析:
单词起点一共有 n 2 n^2 n2 个,单词的每个字母一共有上下左右四个方向可以选择,但由于不能走回头路,所以除了单词首字母外,仅有三种选择。所以总时间复杂度是 O ( n 2 3 k ) O(n^23^k) O(n23k)。
代码:
class Solution {
public:
bool hasPath(vector<vector<char>>& matrix, string &str) {
//枚举所有的起点
for(int i = 0; i < matrix.size(); i ++)
for(int j = 0; j < matrix[i].size(); j ++)
if(dfs(matrix, str, 0, i, j)) //从第零个字符位置开始枚举,当前起点为i, j
return true;
return false;
}
//u->当前枚举路径的长度,x,y为当前枚举路径的终点
bool dfs(vector<vector<char>> &matrix, string &str, int u, int x, int y){
if(matrix[x][y] != str[u]) return false; //矩阵x ,y位置与当前字符串枚举位置不同
//在满足当前枚举字符与矩阵位置字符匹配,且当前位置为最后一个字符时为ture
if(u == str.size() - 1) return true;
int dx[4] = {-1, 0, 1, 0}, dy[4] = {0, 1, 0, -1}; //定义四个方向左上右下
char t = matrix[x][y];
matrix[x][y] = '*'; //过程中需要将已经使用过的字母改成一个特殊字母
for(int i = 0; i < 4; i ++){
int a = x + dx[i], b = y + dy[i];
if(a >= 0 && a <matrix.size() && b >= 0 && b < matrix[a].size()){
if(dfs(matrix, str, u + 1, a, b)) return true;
}
}
matrix[x][y] = t; //回溯现场
return false;
}
};
典型题例:
输入一组数字(可能包含重复数字),输出其所有的排列方式。
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]
]
思路
核心:
( 回 溯 ) O ( n ! ) O ( n ! ) (回溯) O(n!)O(n!) (回溯)O(n!)O(n!)
由于有重复元素的存在,这道题的枚举顺序和 Permutations 不同。
时间复杂度分析:
搜索树中最后一层共 n! 个节点,前面所有层加一块的节点数量相比于最后一层节点数是无穷小量,可以忽略。且最后一层节点记录方案的计算量是O(n)O(n),所以总时间复杂度是 O ( n × n ! ) O(n×n!) O(n×n!)。
代码:
class Solution {
public:
vector<vector<int>> ans; //定义返回的答案
vector<int> path; //
vector<vector<int>> permutation(vector<int>& nums) {
path.resize(nums.size()); //重新指定容器的长度为nums.size();
sort(nums.begin(), nums.end()); //对数组进行排序;
dfs(nums, 0 , 0, 0);
return ans;
}
void dfs(vector<int> &nums, int u, int start, int state){
if (u == nums.size()){
ans.push_back(path);
return;
}
if (!u || nums[u] != nums[u - 1]) start = 0;
for (int i = start; i < nums.size(); i ++)
if (!(state >> i & 1)){
path[i] = nums[u];
dfs(nums, u + 1, i + 1, state + (1 << i));
}
}
};
充电站
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