【LeetCode】《LeetCode 101》第六章：搜索
文章目录
- 6.1 算法解释
- 6.2 深度优先搜索
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- 695. 岛屿的最大面积（中等）
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- 方法一：栈
- 方法二：递归的第一种写法
- 方法三：递归的第二种写法
- 547. 省份数量（中等）
- 417. 太平洋大西洋水流问题（中等）
- 总结
- 6.3 回溯法
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- 46. 全排列（中等）
- 77. 组合（中等）
- 79. 单词搜索（中等）
- 51. N 皇后（困难）
- 总结
- 6.4 广度优先搜索
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- 934.最短的桥（中等）
- 126. 单词接龙 II（困难）
- 6.5 练习
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- 130. 被围绕的区域（中等）
- 257. 二叉树的所有路径（简单）
- 47. 全排列 II（中等）
- 40. 组合总和 II（中等）
- 37. 解数独（困难）
- 310. 最小高度树（中等）
6.1 算法解释
深度优先搜索 和 广度优先搜索 是两种最常见的优先搜索方法，它们被广泛应用于图和树等结构中搜索。
6.2 深度优先搜索
深度优先搜索（depth-first search，DFS）在搜索到一个新的节点时，立即对该节点进行遍历；因此遍历需要用先入后出的栈实现，也可以用通过与栈等价的递归实现。
对于树结构而言，由于总是对新节点调用遍历，因此看起来向着更“深”的方向前进。
深度优先搜索也可以用来检测环路：记录每个遍历过的节点的父节点，若一个节点被再次遍历且父节点不同，说明有环。
有时可能需要对已经搜索过的节点进行标记，防止在遍历时重复搜索某个节点，这种做法叫做状态记录或记忆化。
一般来说，深度优先搜索类型的题可以分为主函数和辅函数。
- 主函数用于搜索所有的搜索位置，判断是否可以开始搜索，如果可以就在辅函数进行搜索。
- 辅函数则负责深度优先搜索的递归调用。
当然，也可以使用栈实现深度优先搜索，但因为递归和栈的原理相同，而递归相对容易实现，因此刷题时更推荐递归写法。
不过在实际工程中，栈可能是最好的选择。一是因为便于理解，二是因为不易出现递归栈满的情况。
695. 岛屿的最大面积（中等）
方法一：栈
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题解
- 首先遍历 grid 的每一个位置，如果当前格子是陆地（grid[i][j] == 1），那么就对其进行深度优先搜索。
- 将当前格子修改为 0，这是为了确保之后不会重复遍历该位置。
- 接着，定义一个栈，存放陆地格子的坐标。
- 然后当前位置的坐标入栈，之后开始遍历栈内格子的四个方向，直到栈为空。对于四个方向的遍历，这里设置了一个二维数组，分别对应上下左右四个方向。每确定下一个要遍历的坐标，都需要判断它的边界条件：是否仍在 grid 的合法坐标内，且当前格子为陆地。
- 每遍历完一次栈，都需要确定当前最大的岛屿面积。
- 最后，当所有格子都遍历一遍后，返回的 area 就是最大的岛屿面积。
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代码
class Solution { public: int maxAreaOfIsland(vector<vector<int>>& grid) { // 定义方向数组 vector<vector<int>> dir{{0,1}, {0,-1}, {1,0}, {-1,0}}; int m = grid.size(), n = m ? grid[0].size() : 0; int local_area , area = 0, x, y; for(int i = 0; i < m; ++i){ for(int j = 0; j < n; ++j){ if(grid[i][j]){ local_area = 1; grid[i][j] = 0; // 确保不会重复搜索 stack<pair<int, int>> island; island.push({i, j}); while(!island.empty()){ auto [r, c] = island.top(); island.pop(); for(int k = 0; k < 4; ++k){ // 遍历 4 个方向 x = r + dir[k][0], y = c + dir[k][1]; if(x>=0 && x <= m-1 && y>=0 && y<=n-1 && grid[x][y] == 1){ grid[x][y] = 0; island.push({x, y}); local_area++; } } } area = max(area, local_area); } } } return area; } }; -
收获
- 思路很简单，需要学习一下模板，可以写起来会快很多。
- 注意不要忽略 记忆化 。
方法二：递归的第一种写法
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题解
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主函数遍历 grid 的每一个格子，判断是否可以搜索，如果可以的话，就调用辅函数 dfs 进行深度优先搜索；
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辅函数 dfs 负责进行深度优先搜索。首先，递归结束的条件是： grid[i][j] == 0，那么不会再增加新的面积，返回 0。
如果递归不会结束，那么将 grid[i][j] 置为 0，防止重复搜索。
接着一样遍历该位置的四个方向，进行边界判断以及确定下一个位置是否也是陆地，如果是的话，就对该位置再次进行递归。
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代码
class Solution { public: vector<vector<int>> dir{{0,1}, {0,-1}, {1,0}, {-1,0}}; int maxAreaOfIsland(vector<vector<int>>& grid) { int m = grid.size(), n = m ? grid[0].size() : 0; int area = 0; for(int i = 0; i < m; ++i){ for(int j = 0; j < n; ++j){ if(grid[i][j]){ area = max(area, dfs(grid, i, j)); } } } return area; } int dfs(vector<vector<int>>& grid, int i, int j){ if(grid[i][j] == 0) return 0; grid[i][j] = 0; int x, y, area = 1; for(int k = 0; k < 4; ++k){ x = i + dir[k][0], y = j + dir[k][1]; if(x >= 0 && x < grid.size() && y >= 0 && y < grid[0].size() && grid[x][y]){ area += dfs(grid, x, y); } } return area; } };
方法三：递归的第二种写法
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题解
- 这种写法的主函数和第一种写法的主函数一致，不同之处在于辅函数。
- 辅函数递归结束的条件为：坐标越界 ，或者当前格子不是陆地，那么其面积为 0；
- 否则，先将该格子置为 0，然后直接对该格子的四个方向调用递归。
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代码
class Solution { public: int maxAreaOfIsland(vector<vector<int>>& grid) { int m = grid.size(), n = m ? grid[0].size() : 0; int area = 0; for(int i = 0; i < m; ++i){ for(int j = 0; j < n; ++j){ if(grid[i][j]){ area = max(area, dfs(grid, i, j)); } } } return area; } int dfs(vector<vector<int>>& grid, int i, int j){ if(i<0 || i >= grid.size() || j<0 || j >= grid[0].size() || grid[i][j] ==0) return 0; grid[i][j] = 0; return 1 + dfs(grid, i+1, j) + dfs(grid, i-1, j) + dfs(grid, i, j+1) + dfs(grid, i, j-1); } };
547. 省份数量（中等）
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题解
- isConnected 每一行（列）代表一个节点，它的每列（行）代表是否存在相邻节点。
- 这一题中，一共有 n 个节点，每个节点最多拥有 n 条边。因此，设置一个数组 visited，用于标记已经访问过的节点。
- 首先，对每个节点进行遍历，如果该节点 A 未被访问过，那么就对它进行搜索，看是否存在相邻节点。在主函数中能够进行搜索的节点，一定没有在辅函数中进行搜索过，因此能形成自己的一个圈，即
ans++； - 判断是否存在相邻节点的方法也很简单，搜索该节点（这一行）的每个列，如果当前位置的节点 B 未被访问过，同时，它与节点 A 存在联系，即 isConnected[i][k] == 1，那么说明它们是相邻节点。此时，对节点 B 继续搜索。
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代码
class Solution { public: int findCircleNum(vector<vector<int>>& isConnected) { int ans = 0; int n = isConnected.size(); vector<bool> visited(n, false); // 标记这个点是否被访问过 for(int i=0; i<n; ++i){ if(!visited[i]){ dfs(isConnected, i, visited); ans++; } } return ans; } void dfs(vector<vector<int>>& isConnected, int i, vector<bool>& visited){ visited[i] = true; for(int k=0; k<isConnected.size(); ++k){ // 该点未被访问过，且两个点之间存在连接 if(!visited[k] && isConnected[i][k]==1){ dfs(isConnected, k, visited); } } } }; -
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- 这道题和上一道题的思路还是有点不一样的，我总以为这类型的题都会像上一题一样，对 1 / 0进行连续成块地搜索。然而，这道题用到了访问数组，思路清晰简单。
417. 太平洋大西洋水流问题（中等）
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思路
- 虽然题目要求的是满足向下流能到达两个大洋的位置，如果对所有位置进行搜索，那么在不剪枝的情况下复杂度会很高。因此可以反过来想，从两个大洋开始向上流，这样只需要对矩形的四条边进行搜索。搜索完成之后，只需遍历一次矩阵，满足条件的位置即为两个大洋向上流都能到达的位置。
- 定义两个矩阵
can_reach_p和can_reach_a，它们分别记录两个大洋能够到达的位置； - 接着，按行遍历
heights的第一列和最后一列，分别对应两个大洋；同理，按列遍历heights的第一行和最后一行，以它们作为起点进行搜索。 - 在搜索过程中（即辅函数 dfs），终止条件是：该位置被标记为 can_reach ，那么说明可以达到这个位置。否则将该位置标记为 can_reach ，然后对它上下左右四个方向进行搜索。
- 当搜索结束之后，回到主函数，判断同时满足 can_reach_p 和 can_reach_a 的位置，放入到答案数组 ans 并返回。
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代码
class Solution { public: vector<vector<int>> dir = {{1, 0}, {-1, 0}, {0, 1}, {0, -1}}; vector<vector<int>> pacificAtlantic(vector<vector<int>>& heights) { int m = heights.size(), n = heights[0].size(); vector<vector<bool>> can_reach_p(m, vector<bool>(n, false)); vector<vector<bool>> can_reach_a(m, vector<bool>(n, false)); vector<vector<int>> ans; for(int i=0; i<m ;++i){ dfs(heights, i, 0, can_reach_p); dfs(heights, i, n-1, can_reach_a); } for(int j=0; j<n; ++j){ dfs(heights, 0, j, can_reach_p); dfs(heights, m-1, j, can_reach_a); } for(int i=0; i<m; ++i){ for(int j=0; j<n; ++j){ if(can_reach_a[i][j] && can_reach_p[i][j]){ ans.push_back(vector<int> {i, j}); } } } return ans; } void dfs(vector<vector<int>>& heights, int i, int j, vector<vector<bool>>& can_reach){ if(can_reach[i][j]) return ; can_reach[i][j] = true; int x, y; for(int k=0; k<4; ++k){ int x = i + dir[k][0], y = j + dir[k][1]; if(x >= 0 && x < heights.size() && y >= 0 && y < heights[0].size() && heights[i][j] <= heights[x][y]){ dfs(heights, x, y, can_reach); } } } }; -
收获
- 这道题要反其道而行之，不过总体思路都差不多，从一个点出发，然后一直搜索，直到这条路无法成功再返回上一层。这里用到两个标记数组，遍历时也分成太平洋和大西洋两种情况，方便处理。
总结
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深度优先搜索
思想：从一个位置出发，沿着一条路一直搜索，直到这条路没办法走通再返回上一层，继续搜索。
关键在于：
- 防止重复访问的数组，可以是数组本身，也可以另外设立一个（
visited）或多个数组（can_reach_p和can_reach_a）； - 辅函数 dfs 的返回值：如果只是为了标记访问数组，那么直接在访问数组上操作，返回 void ；如果每一趟搜索需要记录当前的值，那么就需要返回当前的值。
- 辅函数 dfs 的终止条件：通常是该位置已经被访问过。
- 防止重复访问的数组，可以是数组本身，也可以另外设立一个（
6.3 回溯法
回溯法是优先搜索的一种特殊情况，又称为试探法，常用于需要记录节点状态的深度优先搜索。通常来说，排列、组合、选择类问题，使用回溯法比较方便。
回溯法的核心是回溯。在搜索到某一节点的时候，如果我们发现当前节点（及其子节点）不是需求目标，我们回退到原来的节点继续搜索，并且把当前节点修改的状态还原。
在具体的写法上，它与普通的深度优先搜索一样，都有 「修改当前节点状态」-> 「递归子节点」的步骤，不过还多了回溯的步骤，变成了「修改当前节点状态」-> 「递归子节点」-> 「回改当前节点状态」。
回溯法有两个诀窍，一是按引用传状态，二是所有的状态修改在递归完成后回改。
回溯法修改一般有两种情况，一种是修改最后一位输出，比如排列组合；一种是修改访问标记，比如矩阵里搜字符串。
46. 全排列（中等）
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题解
- 每一个结点表示了求解全排列问题的不同的阶段，这些阶段通过变量的「不同的值」体现，这些变量的不同的值，称之为「状态」;
- 在「回头」以后，状态变量需要设置成为和先前一样，因此在回到上一层结点的过程中，需要撤销上一次的选择，这个操作称之为「状态重置」，回改到上一层节点的状态；
- 首先，这棵树除了根结点和叶子结点以外，每一个结点做的事情其实是一样的，即：在已经选择了一些数的前提下，在剩下的还没有选择的数中，依次选择一个数，这显然是一个递归结构；
- 递归的终止条件：一个排列中的数字已经选够了，因此定义变量 level 来表示当前已经选择的数字个数。
- 具体来说，假设我们已经填到第 level 个位置，那么 nums 数组中 [0，level-1]是已填过的数的集合，[level ， n -1]是待填的数的集合。我们肯定是用[level ，n-1]里的数去填第 level 个数，假设待填的数的下标为 i，那么填完以后我们将第 i 个数和第 level 个数交换，即能使得在填第 level＋1 个数的时候 nums 数组的[0, level] 部分为已填过的数，[level+1，n-1]为待填的数，回溯的时候交换回来即能完成撤销操作。
- 比如，有 [2,5,8,9,10] 这5个数要填入，已经填了 [8,9] 两个数，那么这个数组目前为[8,9 | 2,5,10] 。假设第三个位置要填 10，为了维护数组，将 2 和 10 交换，保证数组继续保持分隔符左边的数已经填过，右边的待填 ，即 [8,9,10 | 2,5]；回溯的时候，将 2 和 10 交换回来，就撤销了之前的操作。
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代码
class Solution { public: vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) { vector<vector<int>> ans; backtracking(nums, 0, ans); return ans; } void backtracking(vector<int> &nums, int level, vector<vector<int>> &ans){ // l 表示当前选了几个数 if(level == nums.size()){ ans.push_back(nums); return ; } for(int i=level; i<nums.size(); ++i){ swap(nums[i], nums[level]); // 修改当前节点状态 backtracking(nums, level+1, ans); // 递归子节点 swap(nums[i], nums[level]); // 回改当前节点状态 } } }; -
收获
- 不太熟悉递归和回溯，这类型的题需要多加练习。
77. 组合（中等）
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思路
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和上一道例题类似，对于组合的问题，也可以进行回溯，把当前的数字加入结果中。
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首先画出树形结构。可以发现如下递归结构：
- 如果组合里有 1，那么需要在[2，3，4] 里再找 1 个数；
- 如果组合里有 2，那么需要在[3，4] 里再找 1 个数。注意： 这里不能再考虑1，因为包含1的组合，在第1种情况中已经包含；
- 依次类推，以上描述体现的递归结构是：在以n结尾的候选数组里，选出若干个元素。画出递归结构如下图：
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递归的终止条件：当数组元素个数等于题目给出的 k 时，说明已经找到满足题目要求的数组。
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否则，从 1 开始进行搜索，先把 1 填入，然后对这个子节点进行递归，下一次填入的数字将会是 2，此时数组为 [1，2]，满足终止条件，退回上一步，将 2 弹出，也就是回改当前节点状态。依次类推，直到将所有节点都遍历一遍。
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代码
class Solution { public: vector<vector<int>> combine(int n, int k) { vector<vector<int>> ans; vector<int> nums(k, 0); backtracing(n, 1, k, ans, nums, 0); return ans; } void backtracing(int n, int pos, int k, vector<vector<int>>& ans, vector<int>& nums, int count){ // pos 表示当前位置要放入的数字 // count 表示当前数组里的元素个数 if(count == k){ // 当数组个数已经达到 k // 说明已经找到一个符合要求的数组 ans.push_back(nums); return ; } for(int i=pos; i<=n; ++i){ nums[count++] = i; // 修改当前节点状态 backtracing(n, i+1, k, ans, nums, count); // 递归子节点 count--; // 回改当前节点状态 } } }; -
收获
- 上一题是排列问题，所以通过交换位置来修改节点状态；这一题是组合问题，通过将当前数字加入结果来修改节点状态。
- 将数字加入数组，我最近习惯于用push_back，然而有时候通过下标赋值，或许更方便，因为这样回退的时候只需要将下标 -1。
- 如果要在子函数中修改主函数的参数，一定记得加上 引用 & 。
79. 单词搜索（中等）
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思路
- 和排列、组合问题不同，这一题修改的是访问标记；在对任意位置进行深度优先搜索的时候，先标记当前位置为已访问，以避免重复遍历（如防止向右搜索后又向左返回）；在完成所有可能的搜索后，再回改当前的位置为未访问，防止干扰其他位置搜索到当前位置（因为这道题的搜索结果存在先后关系）。
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代码
class Solution { public: // vector -
收获
- 这道题 11.18 的时候做过，但是当时不怎么会。
- 这一道题和深度优先搜索很像，不同的是：深度优先修改了访问标记，防止重复搜索，而这道题是先将访问标记修改为 true，在完成所有可能的搜索后，再将其回改为 false，因为之后有可能再搜索到这个位置。
51. N 皇后（困难）
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题解
- 这道题也是选择，和上一题一样，设置并修改状态数组，不同的是，上一题设置了一个二维数组记录状态，这一题设置了多个访问数组：行、列、左斜、右，记录它们是否存在皇后。由于本题有一个隐藏条件，即满足条件的结果中每一行或列有且仅有一个皇后，所以如果我们对每一行遍历插入皇后，就不需要对行建立访问数组，因此只需要设置三个访问数组：列、左斜、右斜。
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代码
class Solution { public: vector<vector<string>> solveNQueens(int n) { vector<vector<string>> ans; vector<string> board(n, string(n, '.')); // 定义了三个访问数组 vector<bool> column(n, false), ldiag(2*n-1, false), rdiag(2*n-1, false); // 按行遍历 backtracing(n, ans, board, column, ldiag, rdiag, 0); return ans; } void backtracing(int n, vector<vector<string>>& ans, vector<string>& board, vector<bool>& column, vector<bool>& ldiag, vector<bool>& rdiag, int row){ // 每次遍历完一遍行 说明得到了一个答案 if(row == n){ ans.push_back(board); return ; } // i 表示 column for(int i=0; i<n ; ++i){ if(column[i] || ldiag[n-row+i-1] || rdiag[row+i]) continue; // 修改当前状态 board[row][i] = 'Q'; column[i] = ldiag[n-row+i-1] = rdiag[row+i] = true; // 递归子节点 backtracing(n, ans, board, column, ldiag, rdiag, row+1); // 回改至当前的状态 board[row][i] = '.'; column[i] = ldiag[n-row+i-1] = rdiag[row+i] = false; } } }; -
收获
- 这道题和上一道题很像，不同的是使用了多个访问数组，和 6.2 的最后一道练习题有异曲同工之妙，它也是在上一题的思路上使用多个数组。
- 这里对于 ldiag 和 rdiag 的下标，可以通过找规律确定；
vector，感觉类似于二维的字符串数组，一个字符串里嵌套 n 个字符串。board(n, string(n, '.')) - 辅函数
backtracing的终止条件是：n == row，即遍历了所有行就得到一种答案。因为是递归，最后会回到row=0, i=0开始第二轮的遍历（找下一个可能的结果）。
总结
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回溯法辅函数
backtracing()，通常都是返回 void ，直接调用主函数的引用对数组进行修改。核心思想由三个步骤组成：「修改当前节点状态、递归子节点、回改当前节点状态」。 -
分为 排列、组合 和 选择三种题型：
- 排列：回溯的是交换位置 [题 46]；
- 组合：回溯的是 是否把当前的数字加入结果 [题 77]；
- 选择：修改访问标记，访问数组既可以是单个[题 79]，也可以是多个[题 51]。
6.4 广度优先搜索
广度优先搜索（BFS），一层层进行遍历，因此需要使用先入先出的队列。由于是按层次进行遍历的，广度优先搜索时按照“广”的方向进行遍历，也常常用来处理最短路径问题。
934.最短的桥（中等）
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思路
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由于 0 代表水域，1 代表陆地，要区分两个岛屿，所以，在遍历 grid 矩阵的时候，只要第一次发现了某个格子为 1，则将发现的新大陆进行编号，即：将 1 变为 2 。
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首先通过 DFS 的方式寻找第一个岛屿。
- 在深度遍历的过程中，如果我们发现了某个格子为 0，则说明已经遍历到了岛屿的边缘部分，将其放入到队列 points 中，points 中保存着 int 数组，队列中的每个数组长度都是2，即: int[0]保存行，int[1] 保存列。
- 如果发现某个格子为 1 ，说明该格子是岛屿的一部分，那么继续向它的四个方向递归遍历，确保能找到完整的第一个岛屿；
- 如果某个格子为 2，说明这个格子已经遍历过了，由于我们使用了 DFS ，意味着该格子的四个方向肯定也递归过了，因此该递归结束，回到上一层递归；
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在找到第一个岛屿后，我们使用 BFS，查询其与第二个岛屿之间的距离。由于队列中保存了第一个岛屿的所有“边缘格子”，那么接下来就需要开启 while 循环，对外进行一层的岛屿扩充操作。遍历每个“边缘格子”，再分别从上/下/右/左，四个方向去查看相邻的格子。
- 如果发现是 0，则表明是新的一层边缘格子，将其赋值为 2，并将其加入到队列中，用于下一次while循环。
- 如果发现是 1，说明已经与另一个岛屿接壤了，返回扩展层数即可。
- 如果发现是 2 ，说明遍历到第一个岛屿了，直接遍历下一个位置。
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代码
class Solution { public: int shortestBridge(vector<vector<int>>& grid) { int m = grid.size(), n = grid[0].size(); vector<vector<int>> dir = {{1, 0}, {-1, 0}, {0, 1}, {0, -1}}; queue<pair<int, int>> points; bool flipped = false; for(int i=0; i<m; ++i){ if(flipped) break; for(int j=0; j<n; ++j){ // 使用dfs 将1均变成2 if(grid[i][j] == 1){ dfs(points, grid, i, j); flipped = true; break; } } } // 使用bfs寻找第二个岛屿 int x, y; int level = 0; while(!points.empty()){ ++ level; int n_points = points.size(); while(n_points--){ auto [r, c] = points.front(); points.pop(); for(int k=0; k<4; ++k){ x = r + dir[k][0], y = c + dir[k][1]; if(x>=0 && x<m && y>=0 && y<n){ if(grid[x][y] == 1){ return level; } else if(grid[x][y] == 0){ grid[x][y] = 2; points.push({x, y}); } else if(grid[x][y] == 2){ continue; } } } } } return 0; } void dfs(queue<pair<int, int>>& points, vector<vector<int>>& grid, int i, int j){ if(i<0 || i>=grid.size() || j<0 || j>=grid[0].size() || grid[i][j]==2) return ; // 如果遇到0，说明可能是路径之一 保存用于之后的遍历 if(grid[i][j] == 0){ points.push({i, j}); return ; } grid[i][j] = 2; dfs(points, grid, i+1, j); dfs(points, grid, i-1, j); dfs(points, grid, i, j+1); dfs(points, grid, i, j-1); } }; -
收获
- 广度优先遍历理解起来不难，队列的操作和栈也有些类似，不过队列的第一个元素是
queue.front()。这道题思路也比较难，先用了 DFS 查找第一个岛屿，使用 BFS 查找第二个岛屿与第一个岛屿的最短距离。
- 广度优先遍历理解起来不难，队列的操作和栈也有些类似，不过队列的第一个元素是
126. 单词接龙 II（困难）
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题解
- 我们可以把初始字符串、终止字符串、以及单词表中所有的字符串都想象成节点。如果两个字符串只有一个字符不同，那么它们相连。因为题目要求输出修改次数最少的所有修改方式，因此使用 BFS ，求得起始节点到终止节点的最短距离。
- 同时使用了一个小技巧：双向搜索 。并不是直接从起始节点进行BFS ，而是每轮遍历都从起始节点和终点节点的单词列表中，选择较少单词的列表进行BFS，这样可以减少搜索的总节点数。
- 搜索过程的具体思想见代码注释。
- 在搜索结束后，需要通过回溯，重建所有可能的最短路径。
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代码
class Solution { public: vector<vector<string>> findLadders(string beginWord, string endWord, vector<string>& wordList) { vector<vector<string>> ans; // 因为需要快速判断扩展的单词是否出现在WordList中 // 因此使用哈希表提高效率 unordered_set<string> dict; dict.insert(wordList.begin(), wordList.end()); // 判断 endWord 是否出现在哈希表 if(!dict.count(endWord)) return ans; // 特殊用例处理 // 确保beginWord不在wordList - 题目要求 // 确保endWord不在WordList - 否则对于以下用例会重复输出答案 // "a" "c" ["a","b","c"] dict.erase(beginWord); dict.erase(endWord); // 开始进行 BFS // 定义两个无序集合 分别保存从beginWord/endWord出发变换的字符串列表 unordered_set<string> q1{beginWord}, q2{endWord}; // -
收获
- 这道题很难，看了题解勉强看懂。不过这道题有一个 bug，由于LeetCode修改了样例，导致该题解会超时，不过先把这道题的思想理清楚即可。
6.5 练习
130. 被围绕的区域（中等）
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题解
- 由于边界的 ‘O’ 肯定不会填充为 ‘X’ ，因此可以从边界的 ‘O’ 出发，对于可以到达的 ‘O’ ，说明它与边界的 ‘O’ 相连 ，不可能被 ‘X’ 全包围，此时将遍历到的 ‘O’ 修改为 ‘#’ ；
- 因此，对数组 board 的四条边进行遍历，如果该格子为 ‘O’，那么就对它进行 DFS ，遇到的所有 ‘O’ 都修改成 ‘#’ ，没有被修改的 ‘O’ 说明被 ‘X’ 全包围；
- 遍历结束后，将 board 中的 ‘#’ 修改为 ‘O’ ，将 ‘O’ 修改为 ‘X’。
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代码
class Solution { public: void solve(vector<vector<char>>& board) { int m = board.size(), n = board[0].size(); for(int i=0; i<m; ++i){ if(board[i][0] == 'O') dfs(board, i, 0); if(board[i][n-1] == 'O') dfs(board, i, n-1); } for(int j=0; j<n; ++j){ if(board[0][j] == 'O') dfs(board, 0, j); if(board[m-1][j] == 'O') dfs(board, m-1, j); } for(int i=0; i<m; ++i){ for(int j=0; j<n; ++j){ if(board[i][j] == 'O') board[i][j] = 'X'; else if(board[i][j] == '#') board[i][j] = 'O'; } } } void dfs(vector<vector<char>>& board, int i, int j){ if(i<0 || i>=board.size() || j<0 || j>=board[0].size() || board[i][j]== 'X' || board[i][j] == '#') return ; board[i][j] = '#'; // visited[i][j] = true; dfs(board, i+1, j); dfs(board, i-1, j); dfs(board, i, j+1); dfs(board, i, j-1); // return false; } }; -
收获
- 这道题没抓住重点，我是从中心（非边界）开始遍历，如果格子 ‘O’ 的四周都是 ‘X’ ，那么可以将其修改为 ‘X’ 。但是很难实现，因此浪费了很多时间。看了一眼题解后，很快做出来了，说明我掌握了搜索的算法，但是没办法将其应用到实际中。
- 此外，我一开始还设置了一个访问数组防止重复搜索，然后题解中直接用
board[i][j] == '#'代替访问数组，确实可行，而且不会额外占用内存。
257. 二叉树的所有路径（简单）
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题解
- 这道题思路很简单，就是对根节点调用 DFS ，如果搜索到的节点不为空，那么就将它的值放入路径 path ，继续判断它是否存在子节点：如果不存在，说明已经找到一条路径，存入答案数组；存在的话继续递归子节点。
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代码
/** * Definition for a binary tree node. * struct TreeNode { * int val; * TreeNode *left; * TreeNode *right; * TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {} * TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} * TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {} * }; */ class Solution { public: vector<string> binaryTreePaths(TreeNode* root) { vector<string> ans; dfs(root, ans, ""); return ans; } void dfs(TreeNode* root, vector<string>& ans, string path){ if(root != nullptr){ path += to_string(root->val); if(root ->left == nullptr && root -> right == nullptr){ ans.push_back(path); }else{ path += "->"; dfs(root->left, ans, path); dfs(root->right, ans, path); } } } }; -
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- 这道题思路不难，用的是最基本的 DFS 模板，但是我对于 《题目给出结构体》 这类型的题不熟悉，不知道如何使用。
- 这道题出错的地方：
- path 一开始定义为
vector，难怪ans.push_back(path)出错； - path 不应该加上 引用 & ，因为加上引用的话，会不断修改它，我们在对根节点右子树进行遍历的时候，只希望 path 中有 根节点。
- path 一开始定义为
47. 全排列 II（中等）
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思路
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这道题是 46.全排列 的升级版，多了一个条件：「序列包含重复数字」。因此，相比于 46 ，可能会出现重复结果。
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一开始我想用 set 去重，但是发现不是是很方便。所以，我们在遍历的时候，可以对重复结果进行剪枝。如图所示，显然，对于序列 [1，1*，2] ，如果第一个 1 已经放入在第一个位置上，那么对于 1* 来说，如果再放在第一个位置， 那么肯定和前一种情况重复，因此需要去除。
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因此，如果第一个 1 已经使用，那么我们就不再考虑同一位置上的 1* 的情况。设置条件为 ：
if(i>0 && nums[i] == nums[i-1] && !vis[i-1]) continue; -
这里，为了方便考虑重复数字，我们再遍历之前应该对数组进行排序，保证相同数字相邻。这里有一个问题，因为我代码使用了 swap 交换两个数字的位置，而每次backtracking 后，swap 都会将 nums变回 backtracking 之前的顺序，因此在回溯的时候，每次都需要对 nums 重新排序。
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代码
class Solution { public: vector<vector<int>> permuteUnique(vector<int>& nums) { vector<vector<int>> ans; vector<bool> vis(nums.size(), false); backtracking(nums, ans, 0, vis); return ans; } void backtracking(vector<int>& nums, vector<vector<int>>& ans, int level, vector<bool>& vis){ if(level == nums.size()){ ans.push_back(nums); return ; } for(int i=level; i<nums.size(); ++i){ // swap之后可能无序 所以需要重新排序 sort(nums.begin() + level, nums.end()); // 剪枝 if(i>0 && nums[i] == nums[i-1] && !vis[i-1]) continue; vis[i] = true; // 修改当前状态 swap(nums[i], nums[level]); backtracking(nums, ans, level+1, vis); // 递归子节点 vis[i] = false; // 回改当前状态 swap(nums[i], nums[level]); } } }; -
收获
- 这道题做了特别久，可能和今天状态不好也有关系，其实整体思路并不难，但是我没有考虑到swap 都会将 nums变回 backtracking 之前的顺序，导致有一个实例一直没办法通过。 错误实例及原因分析
40. 组合总和 II（中等）
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题解
- 这道题的思路结合了 77 和 47 ，首先依照 77 的算法思想，完成组合排列，接着利用 47 去重的思想，去除重复组合。
- 对于不出现重复序列的题目，一般都需要排序，便于去重。
- 组合排列：设定一个值 sum ，用于保存当前数组元素之和，当 sum == target ，说明我们已经找到一个符合要求的数组，存入 ans；如果 sum > target ，由于我们的数组是升序排列，那么后续元素肯定比当前元素大，因此该情况一定不可能，此时回退到上一个状态；如果 sum < target ，那么进入循环，取下一个元素继续判断。
- 在选择元素的时候，需要注意需要保存当前元素的下标 pos，递归该节点的时候，应该从当前元素的下一个元素开始考虑，才不会出现一直使用同一元素的情况。
- 去重 思想参考上一道题，思路完全一致。
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代码
class Solution { public: vector<vector<int>> combinationSum2(vector<int>& candidates, int target) { vector<vector<int>> ans; vector<bool> visit(candidates.size(), false); vector<int> option; sort(candidates.begin(), candidates.end()); backtracking(candidates, ans, target, 0, option, 0, visit); return ans; } void backtracking(vector<int> &candidates, vector<vector<int>> &ans, int target, int sum, vector<int> option, int pos, vector<bool> &visit){ if(sum == target){ ans.push_back(option); return ; } else if(sum > target){ return ; } for(int i=pos; i<candidates.size(); ++i){ // 剪枝 if(i>0 && candidates[i] == candidates[i-1] && !visit[i-1]) continue; // 修改当前状态 visit[i] = true; sum += candidates[i]; option.push_back(candidates[i]); // 递归子节点 backtracking(candidates, ans, target, sum, option, i+1, visit); // 回改当前状态 visit[i] = false; sum -= candidates[i]; option.pop_back(); } } }; -
收获
- 昨天在去重的思路上卡了很久，不过总算有收获，今天很快就自己做出来了！
37. 解数独（困难）
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思路
- 为了防止数字冲突，设置了三个访问数组对已经使用的数字进行标记，分别是行、列 和 3*3 格子。
- 首先，遍历 board ，如果当前元素是数字，那么修改对应的访问数组；如果当前元素是 ‘.’ ，说明之后需要修改这个位置，把它放入 spaces ；
- 接着，递归 spaces 的每一个元素， 设置 pos 标记当前遍历到的元素下标；
- 如果 pos == spaces.size() ，说明我们已经对所有 ‘.’ 进行了修改，将 valid 置为 true ，结束递归；
- 否则，对每个 ‘.’ 进行修改。考虑在该位置上填入 1 - 9，当且仅当 valid = false ，且该数字在三个访问数组中都为 false，那么可以填入，此时需要将该数字填入 board ，同时修改访问数组的状态； 然后递归子节点，回溯的时候需要回改当前状态，不过这里不需要将填入的数字改回 ‘.’ ，因为该位置注定要填入一个数字的，所以无需修改回去。
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代码
class Solution { public: bool valid = false; void solveSudoku(vector<vector<char>>& board) { // 三个访问数组，分别对应于行、列、3*3 vector<vector<bool>> txt(9, vector<bool>(9, false)); vector<vector<bool>> row(9, vector<bool>(9, false)); vector<vector<bool>> col(9, vector<bool>(9, false)); // 记录需要填入的位置坐标 vector<pair<int, int>> spaces; for(int i=0; i<9; ++i){ for(int j=0; j<9; ++j){ if(board[i][j] != '.'){ // 对已有数字进行标记 防止重复 row[i][board[i][j] - '1'] = true; col[j][board[i][j] - '1'] = true; txt[(i / 3) * 3 + (j / 3)][board[i][j] - '1'] = true; } else{ // 记录需要填入的位置坐标 spaces.push_back({i, j}); } } } backtracking(board, 0, row, col, txt, spaces); } void backtracking(vector<vector<char>>& board, int pos, vector<vector<bool>> &row, vector<vector<bool>> &col, vector<vector<bool>> &txt, vector<pair<int, int>> &spaces){ // pos 表示当前遍历到 spaces的元素下标 // 递归结束的条件 if(pos == spaces.size()){ // 说明每个需要填入的位置都已经遍历了 valid = true; return ; } auto [i, j] = spaces[pos]; for(int k=0; k<9; ++k){ if(!valid && !row[i][k] && !col[j][k] && !txt[(i / 3) * 3 + (j / 3)][k]){ // 说明这个数字还没被使用 // 修改当前节点的状态 board[i][j] = k + '0' + 1; row[i][k] = col[j][k] = txt[(i / 3) * 3 + (j / 3)][k] = true; // 递归子节点 backtracking(board, pos+1, row, col, txt, spaces); // 不需要再改回"." // 回改当前状态 row[i][k] = col[j][k] = txt[(i / 3) * 3 + (j / 3)][k] = false; } } } }; -
收获
- 这道题思路不难，对应于回溯题的 N 皇后 ，需要设置多个访问数组。不过我没想到设置 spaces 来保存需要修改的位置，因此没想到递归的结束条件。
310. 最小高度树（中等）
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思路
- 这道题是求的是树的最小高度，一般用 BFS 求解。通过画图，可以发现，越靠近里面的节点越有可能是最小高度树的根节点。因此，我们可以从叶子节点（度=1）出发，每一次遍历都剥掉最外层的叶子节点，最后剩下的叶子节点就是最小高度树的根节点。
- 首先使用邻接表存储树，使用一维数组存储每个节点的度；
- 接着，将度为1的节点，即叶子节点，入队；
- 然后对队列中的每一个元素使用 BFS，直到队列为空，此时 ans 保存的就是最后状态的叶子节点，也就是最小高树的根节点。注意，由于 ans 会保存每轮的叶子节点，因此每次进行下一轮搜索的时候，需要将 ans 清空。
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代码
class Solution { public: vector<int> findMinHeightTrees(int n, vector<vector<int>>& edges) { if(n==1) return {0}; vector<vector<int>> m(n); // 邻接表 vector<int> degree(n, 0); vector<int> ans; // 保存邻接矩阵和度 for(int i=0; i<edges.size(); ++i){ int u = edges[i][0], v = edges[i][1]; ++degree[u];++degree[v]; m[u].push_back(v); m[v].push_back(u); } queue<int> q; // 叶子节点入队 for(int i=0; i<n; ++i){ if(degree[i] == 1) q.push(i); } // 一层层从外往内剥，剩下的叶子节点就是根节点 while(!q.empty()){ // ans 会保存最后状态下的叶子节点 ans.clear(); int q_size = q.size(); for(int i=0; i<q_size; ++i){ int t = q.front(); q.pop(); ans.push_back(t); for(auto j : m[t]){ // 由于剥掉了外层 因此它的度-1 degree[j] --; // 如果当前节点是叶子节点 入队 if(degree[j] == 1) q.push(j); } } } return ans; } }; -
收获
- 对于数的存储方式（邻接表） 和度，我有想到。不过，“先将叶子节点入队， 然后一层层向内剥” ，这个思路我没有想到，而且 BFS 相对不够熟悉。