第二次看回溯算法了,回溯的基本思路也已经基本掌握,接下来就是需要多做题,将回溯思想贯彻落实!具体理论参考代码随想录 (programmercarl.com)。
回溯的应用场景往往没有其他解题途径,只能枚举,但直接嵌套循环枚举只适用于循环层数较少的场景,通过在递归中使用for循环,可以实现在树中不断往深层遍历,而回溯是为了让程序能够走向其他路径,类比二叉树,通过纸笔模拟在树中节点的移动,可以更直观地理解回溯思想。
题目链接:77. 组合 - 力扣(Leetcode)
组合问题是回溯法运用的经典题目,代码实现也是基本模板了:
class Solution:
def combine(self, n: int, k: int) -> List[List[int]]:
res, path = [], []
def backtracking(start_Index):
if len(path) == k:
res.append(path.copy())
return # 叶节点,收集结果
end_idx = n - (k - len(path)) + 1 # range左闭右开,所以需要额外加1
for i in range(start_Index, end_idx + 1):
path.append(i) # 处理节点
backtracking(i + 1)
path.pop() # 回溯
backtracking(1)
return res
另外还做了两道组合总和题目,进一步复习组合类问题的解题思路。
题目链接:39. 组合总和 - 力扣(Leetcode)
这道题和77 组合题目很像,代码实现也差不多,收集结果的判断条件由path的长度改为当前的path中元素的和。但具体实现时一开始卡在去重上,因为根据题意,一个元素可以被无限次使用,因此把for循环写成了每次都可以从0开始遍历candidates。这样实现的代价是result中会有重复的结果(元素顺序不同,但对组合来说是一样的)。解决办法是传入一个for循环开始的下标,它能帮助我们限制每一层后续元素的递归范围,避免获得重复的组合结果。此外,求组合问题不强调元素顺序,可以先排序再处理,更有助于对和大于目标的分支做了剪枝,加快处理速度。
class Solution:
def combinationSum(self, candidates: List[int], target: int) -> List[List[int]]:
candidates.sort()
path, result = [], []
def backtracking(start, n, Sum):
if Sum == target:
result.append(path[:])
return
# for循环从传入的start开始遍历,避免出现重复组合
for i in range(start, n):
# 剪枝,没必要再递归下去
if Sum + candidates[i] > target:
break
# 处理
path.append(candidates[i])
Sum += candidates[i]
# 递归
backtracking(i, n, Sum)
# 回溯
path.pop()
Sum -= candidates[i]
backtracking(0, len(candidates), 0)
return result
以上这种实现还有可以优化的空间,比如一般会用目标值target-已加入path中元素的和,代替Sum来作为递归函数的参数。
题目链接:40. 组合总和 II - 力扣(Leetcode)
这道题和39的唯一区别是每个元素只能使用一次,此时除了限制for循环起始遍历位置,还要进一步对结果去重,在同一层的遍历中,已遍历过的元素值适时跳过,才能避免result结果出现重复组合。
class Solution:
def combinationSum2(self, candidates: List[int], target: int) -> List[List[int]]:
candidates.sort()
path, result = [], []
def backtracking(start, n, Sum):
if Sum == target:
result.append(path[:])
return
# for循环从传入的start开始遍历,避免出现重复组合
for i in range(start, n):
# 剪枝,没必要再递归下去
if Sum + candidates[i] > target:
break
# 去重
if i > start and candidates[i] == candidates[i-1]:
continue
# 处理
path.append(candidates[i])
Sum += candidates[i]
# 递归
backtracking(i+1, n, Sum)
# 回溯
path.pop()
Sum -= candidates[i]
backtracking(0, len(candidates), 0)
return result
为了加深对39 40中这两种去重的理解,之后空闲时画图补充说明。