递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的

一、框架:

回溯搜索的遍历过程:回溯法⼀般是在集合中递归搜索,集合的⼤⼩构成了树的宽度,递归的

深度构成的树的深度。

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第1张图片

for循环就是遍历集合区间,可以理解⼀个节点有多少个孩⼦,这个for循环就执⾏多少次。

backtracking这⾥⾃⼰调⽤⾃⼰,实现递归。

⼤家可以从图中看出for循环可以理解是横向遍历,backtracking(递归)就是纵向遍历,

这样就把这棵树全遍历完了,⼀般来说,搜索叶⼦节点就是找的其中⼀个结果了。

分析完过程,回溯算法模板框架如下:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第2张图片

二、题目举例

1、组合问题

77. 组合

题⽬链接:https://leetcode-cn.com/problems/combinations/

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。

⽰例:

输⼊: n = 4, k = 2

输出:

[

[2,4],

[3,4],

[2,3],

[1,2],

[1,3],

[1,4],

]

思路

也可以直接看我的B站视频:带你学透回溯算法-组合问题(对应⼒扣题⽬:77.组合)

本题这是回溯法的经典题⽬。

直接的解法当然是使⽤for循环,例如⽰例中k为2,很容易想到 ⽤两个for循环,这样就可以

输出 和⽰例中⼀样的结果。代码如下:

int n = 4;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
 for (int j = i + 1; j <= n; j++) {
 cout << i << " " << j << endl;
 }
}

输⼊:n = 100, k = 3

那么就三层for循环,代码如下:

int n = 100;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
 for (int j = i + 1; j <= n; j++) {
 for (int u = j + 1; u <= n; n++) {
 cout << i << " " << j << " " << u << endl;
 }
 }
}

如果n100k50呢,那就50for循环,此时就会发现虽然想暴⼒搜索,但是⽤for循环嵌套连暴⼒都写不出来!

咋整?

回溯搜索法来了,虽然回溯法也是暴⼒,但⾄少能写出来,不像for循环嵌套k层让⼈绝望。

那么回溯法怎么暴⼒搜呢?

上⾯我们说了要解决 n100k50的情况,暴⼒写法需要嵌套50for循环,那么回溯法就⽤递归来解决嵌套层数的问题。

递归来做层叠嵌套(可以理解是开k层for循环),每⼀次的递归中嵌套⼀个for循环,那么

递归就可以⽤于解决多层嵌套循环的问题了。此时递归的层数⼤家应该知道了,例如:n为100,k为50的情况下,就是递归50层。

如果脑洞模拟回溯搜索的过程,绝对可以让⼈窒息,所以需要抽象图形结构来进⼀步理解。

回溯法解决的问题都可以抽象为树形结构(N叉树),⽤树形结构来理解回溯就容易多了。

那么我把组合问题抽象为如下树形结构:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第3张图片

可以看出这个棵树,⼀开始集合是 1,2,3,4, 从左向右取数,取过的数,不在重复取。

第⼀次取1,集合变为2,3,4 ,因为k为2,我们只需要再取⼀个数就可以了,分别取2,

3,4,得到集合[1,2] [1,3] [1,4],以此类推。

每次从集合中选取元素,可选择的范围随着选择的进⾏⽽收缩,调整可选择的范围。

图中可以发现n相当于树的宽度,k相当于树的深度。

总结:递归的第1层:选数都是从1开始选;递归的第2层:选数都是从2开始选,k为2的时候选两个数,所以树的高度为两层,因此k为多少,树的高度就为多少。

重点来了,那么如何在这个树上遍历,然后收集到我们要的结果集呢?

图中每次搜索到了叶⼦节点,我们就找到了⼀个结果。

相当于只需要把达到叶⼦节点的结果收集起来,就可以求得 n个数中k个数的组合集合。

重点又来了,如何用代码实现呢?

思路:

函数⾥⼀定有两个参数,既然是集合n⾥⾯取k的数,那么n和k是两个int型的参数。

然后还需要⼀个参数,为int型变量startIndex,这个参数⽤来记录本层递归的中,集合从哪

⾥开始遍历(集合就是[1,...,n] )。

为什么要有这个startIndex呢?

每次从集合中选取元素,可选择的范围随着选择的进⾏⽽收缩,调整可选择的范围,就是要

startIndex

从下图中红线部分可以看出,在集合[1,2,3,4]取1之后,下⼀层递归,就要在[2,3,4]中取数

了,那么下⼀层递归如何知道从[2,3,4]中取数呢,靠的就是startIndex。

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第4张图片

所以需要startIndex来记录下⼀层递归,搜索的起始位置。

步骤:

(1)回溯函数终⽌条件

什么时候到达所谓的叶⼦节点了呢?

path这个数组的⼤⼩如果达到k,说明我们找到了⼀个⼦集⼤⼩为k的组合了,在图中path

存的就是根节点到叶⼦节点的路径。

如图红⾊部分:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第5张图片
if(path.size() == k)
{
     for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
     out.println();
     out.flush();
     return;
}

(2)单层搜索的过程

回溯法的搜索过程就是⼀个树型结构的遍历过程,在如下图中,可以看出for循环⽤来横向

遍历,递归的过程是纵向遍历。

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第6张图片

如此我们才遍历完图中的这棵树。

for循环每次从startIndex开始遍历,然后⽤path保存取到的节点i。

for(int i = startIndex ; i <= n ; i ++)
{
     // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
     path.add(i);
     // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
     dfs(n, k, i + 1);
     // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
     path.remove(path.size() - 1);
}

可以看出dfs(递归函数)通过不断调⽤⾃⼰⼀直往深处遍历,总会遇到叶⼦节

点,遇到了叶⼦节点就要返回。

完整的dfs代码:

static void dfs(int n,int k,int startIndex)
{
    if(path.size() == k)
    {
        for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
        out.println();
        out.flush();
        return;
    }
        
    for(int i = startIndex ; i <= n ; i ++)
    {
         // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
         path.add(i);
         // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
         dfs(n, k, i + 1);
         // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
         path.remove(path.size() - 1);
     }
}

实操代码:

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static int N = 100;
    static int n;
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int n,int k,int startIndex)
    {
        if(path.size() == k)
        {
            for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
            out.println();
            out.flush();
            return;
        }
        
        for(int i = startIndex ; i <= n ; i ++)
        {
            // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
            path.add(i);
            // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
            dfs(n, k, i + 1);
            // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
            path.remove(path.size() - 1);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         int n = in.nextInt();
         int k = in.nextInt();
         
         // 
         dfs(n,k,1);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第7张图片

剪枝优化:

来举⼀个例⼦,n = 4,k = 4的话,那么第⼀层for循环的时候,从元素2开始的遍历都没有

意义了。 在第⼆层for循环,从元素3开始的遍历都没有意义了。

这么说有点抽象,如图所⽰:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第8张图片

图中每⼀个节点(图中为矩形),就代表本层的⼀个for循环,那么每⼀层的for循环从第⼆

个数开始遍历的话,都没有意义,都是⽆效遍历。

所以,可以剪枝的地⽅就在递归中每⼀层的for循环所选择的起始位置。

如果for循环选择的起始位置之后的元素个数 已经不⾜ 我们需要的元素个数了,那么就没有

必要搜索了。

原来的for循环代码:

for(int i = startIndex ; i <= n ; i ++)

接下来看⼀下优化过程如下:

1. 已经选择的元素个数:path.size();

2. 还需要的元素个数为: k - path.size();

3. 在集合n中⾄多要从该起始位置 : n - (k - path.size()) + 1,开始遍历

为什么有个+1呢,因为包括起始位置,我们要是⼀个左闭的集合。

举个例⼦,n = 4,k = 3, ⽬前已经选取的元素为0(path.size为0),n - (k - 0) + 1 即 4 - (3 - 0) + 1 = 2。

从2开始搜索都是合理的,可以是组合[2, 3, 4]。

这⾥⼤家想不懂的话,建议也举⼀个例⼦,就知道是不是要+1了。

所以优化之后的for循环是:

for(int i = startIndex ; i <=  n - (k - path.size()) + 1 ; i ++)

实操:

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static int N = 100;
    static int n;
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int n,int k,int startIndex)
    {
        if(path.size() == k)
        {
            for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
            out.println();
            out.flush();
            return;
        }
        
        for(int i = startIndex ; i <=  n - (k - path.size()) + 1 ; i ++)
        {
            // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
            path.add(i);
            // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
            dfs(n, k, i + 1);
            // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
            path.remove(path.size() - 1);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         int n = in.nextInt();
         int k = in.nextInt();
         
         // 
         dfs(n,k,1);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第9张图片

二、组合总和(⼀)

问题:找出在[1,2,3,...,n]这个集合中找到和为target的k个数的组合。

相对于回溯算法:求组合问题!,⽆⾮就是多了⼀个限制,本题是要找到和为target的k个数的组合,想到这⼀点了,做过77. 组合之后,本题是简单⼀些了。

本题k相当于了树的深度,9(因为整个集合就是9个数)就是树的宽度。例如 k = 2,n = 4的话,就是在集合[1,2,3,...,n]中求 k(个数) = 2, target(和) = 4的组合。

选取过程如图:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第10张图片

简简单单,只有和的约束,和上题几乎相同,直接上代码

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static int N = 100;
    static int n;
    static int k;
    static int target;
    static int sum = 0;
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int n,int k,int target, int startIndex)
    {
        if(path.size() == k)
        {
            if(sum == target)
            {
                for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
                out.println();
                out.flush();
                return;
            }
            return;
        }
        
        for(int i = startIndex ; i <=  n - (k - path.size()) + 1 ; i ++)
        {
            // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
            path.add(i);        
            sum += i;
            // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
            dfs(n, k,target, i + 1);
            // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
            path.remove(path.size() - 1);
            sum -= i;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         n = in.nextInt();
         k = in.nextInt();
         target = in.nextInt();
         
         // 
         dfs(n,k,target,1);
         out.flush();
    }
}
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剪汁儿来辣!

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第12张图片

观察图得,已选元素总和如果已经⼤于n(图中数值为4)了,但是还不够k个,那么往后遍历就没有意义了,直接剪掉。剪枝的地⽅⼀定是在递归终⽌的地⽅剪,剪枝代码如下:

if(sum > target)  return;

实操:

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static int N = 100;
    static int n;
    static int k;
    static int target;
    static int sum = 0;
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int n,int k,int target, int startIndex)
    {
         if(sum > target)  return;
         
        if(path.size() == k)
        {
            if(sum == target)
            {
                for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
                out.println();
                out.flush();
                return;
            }
            return;
        }
        
        for(int i = startIndex ; i <=  n - (k - path.size()) + 1 ; i ++)
        {
            // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
            path.add(i);        
            sum += i;
            // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
            dfs(n, k,target, i + 1);
            // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
            path.remove(path.size() - 1);
            sum -= i;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         n = in.nextInt();
         k = in.nextInt();
         target = in.nextInt();
         
         // 
         dfs(n,k,target,1);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第13张图片

变种1:(好像更简单了)

问题:找出在[1,2,3,...,n]这个集合中找到和为staget的组合。(组合的元素没有个数限制、组合内元素不能重复)

代码:

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static int N = 100;
    static int n;
    static int k;
    static int target;
    static int sum = 0;
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int n,int target, int startIndex)
    {
         if(sum > target)  return;
         
        if(sum == target)
        {
            for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
            out.println();
            out.flush();
            return;
        }
        
        
        for(int i = startIndex ; i <=  n ; i ++)
        {
            // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
            path.add(i);        
            sum += i;
            // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
            dfs(n,target, i + 1);
            // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
            path.remove(path.size() - 1);
            sum -= i;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         n = in.nextInt();
         target = in.nextInt();
         
         dfs(n,target,1);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第14张图片

变种2:

问题:找出在[1,2,3,...,n]这个集合中找到和为target的组合。(组合的元素没有个数限制、组合内元素可以重复)

相较于上边的变种1:dfs(n,target, i + 1);改为dfs(n,target, i );其余代码相同
真是妙哎~

代码:

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static int N = 100;
    static int n;
    static int k;
    static int target;
    static int sum = 0;
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int n,int target, int startIndex)
    {
         if(sum > target)  return;
         
        if(sum == target)
        {
            for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
            out.println();
            out.flush();
            return;
        }
        
        
        for(int i = startIndex ; i <=  n ; i ++)
        {
            // 变长数组的add是每一次都是从变长数组的最后添加一个元素
            path.add(i);        
            sum += i;
            // 不用打标记的原因就是:只要选了一个,i ++,选的数字都是递增的,序列是递增的
            dfs(n,target, i);
            // 恢复现场,弹出刚才添加到路径的数
            path.remove(path.size() - 1);
            sum -= i;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         n = in.nextInt();
         target = in.nextInt();
         
         dfs(n,target,1);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第15张图片

变种3:

问题:找出在长度为n的数组a(无重复元素)中找到和为target的组合。(组合的元素没有个数限制、组合内元素可以重复、组合间允许重复)

⽰例 1:

输⼊:n = 4,candidates = [2,3,6,7], target = 7,

所求解集为:

[

[7],

[2,2,3]

]

⽰例 2:

输⼊:n = 3,candidates = [2,3,5], target = 8,

所求解集为:

[

[2,2,2,2],

[2,3,3],

[3,5]

]

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第16张图片

注意图中叶⼦节点的返回条件,因为本题没有组合数量要求,仅仅是总和的限制,所以递归

没有层数的限制,只要选取的元素总和超过target,就返回!

⽽在第一个问题中都可以知道要递归K层,因为要取k个元素的组合。

本题还需要startIndex来控制for循环的起始位置,对于组合问题,什么时候需要

startIndex呢?

我举过例⼦,如果是⼀个集合来求组合的话,就需要startIndex,例如:回溯算法:求组合

问题!,回溯算法:求组合总和!。

如果是多个集合取组合,各个集合之间相互不影响,那么就不⽤startIndex,例如:回溯算

法:电话号码的字母组合

注意以上我只是说求组合的情况,如果是排列问题,又是另⼀套分析的套路,后⾯我再讲解

排列的时候就重点介绍。

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    
    static int N = 100;
    static int n;
    static int k;
    static int target;
    static int sum = 0;
    static int a[] = new int[N];
    
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int target, int startIndex)
    {
         if(sum > target)  return;
         
        if(sum == target)
        {
            for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
            out.println();
            out.flush();
            return;
        }
        
        
        for(int i = startIndex ; i < n ; i ++)
        {
            path.add(a[i]);        
            sum += a[i];
            
            dfs(target, i);
           
            path.remove(path.size() - 1);
            sum -= a[i];
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         n = in.nextInt();
         for(int i = 0 ; i < n ; i ++)  a[i] = in.nextInt();
         target = in.nextInt();
         
         dfs(target,0);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第17张图片
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第18张图片

剪枝优化:

在这个树形结构中:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第19张图片

对于sum已经⼤于target的情况,其实是依然进⼊

了下⼀层递归,只是下⼀层递归结束判断的时候,会判断sum > target的话就返回。

其实如果已经知道下⼀层的sum会⼤于target,就没有必要进⼊下⼀层递归了。

那么可以在for循环的搜索范围上做做⽂章了。

对总集合排序之后,如果下⼀层的sum(就是本层的 sum + candidates[i])已经⼤于

target,就可以结束本轮for循环的遍历。

如图:

递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第20张图片

for循环剪枝代码如下:

for(int i = startIndex ; i < n && sum + a[i] <= target ; i ++)

实操:

package hly;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.file.attribute.AclEntryFlag;
import java.security.AlgorithmConstraints;
import java.text.DateFormatSymbols;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;

class in 
{
    static BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    static StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer("");
    
    static String nextLine() throws IOException   { return reader.readLine(); }
    
    static String next() throws IOException 
    {
        while (!tokenizer.hasMoreTokens())  tokenizer = new StringTokenizer(reader.readLine());
        return tokenizer.nextToken();
    }

    static int nextInt() throws IOException  { return Integer.parseInt(next()); }

    static double nextDouble() throws IOException { return Double.parseDouble(next()); }
    
    static long nextLong() throws IOException  { return Long.parseLong(next());}
    
    static BigInteger nextBigInteger() throws IOException 
    { 
        BigInteger d = new BigInteger(in.nextLine());
        return d;
    }
}

public class 组合问题 
{
    static PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out))); 
    
    static int N = 100;
    static int n;
    static int k;
    static int target;
    static int sum = 0;
    static int a[] = new int[N];
    
    //动态数组存路径可太行了
    static List path = new ArrayList<>();
    
     static void dfs(int target, int startIndex)
    {    
        if(sum > target)  return;

        if(sum == target)
        {
            for(int i = 0 ; i < path.size(); i ++)  out.printf("%d",path.get(i));
            out.println();
            out.flush();
            return;
        }
        
        // 如果 sum + a[i] > target 就终⽌遍历
        for(int i = startIndex ; i < n && sum + a[i] <= target ; i ++)
        {
            path.add(a[i]);        
            sum += a[i];
            
            dfs(target, i);
            
            path.remove(path.size() - 1);
            sum -= a[i];
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException 
    {
         n = in.nextInt();
         for(int i = 0 ; i < n ; i ++)  a[i] = in.nextInt();
         target = in.nextInt();
         
         Arrays.sort(a,0,n);
         dfs(target,0);
         out.flush();
    }
}
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第21张图片
递归、dfs、回溯、剪枝,一针见血的_第22张图片

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