如何快速判断一道题是否应该使用DFS + 回溯算法来爆搜。可以从两个方面来考虑:
这道题数据范围是 30 以内,而且是求所有方案,因此我们使用 DFS + 回溯来求解。
本题没有数量要求,可以无限重复,但是有总和的限制,所以间接的也是有个数的限制。
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leetcode:77. combinations组合要取k个元素的组合,所以要递归k层
三部曲:
(1)参数
定义两个全局变量,二维数组result存放结果集,数组path存放符合条件的结果。
然后:
注意以上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。
代码如下:
vector<vector<int>> result;
vector<int> path;
void backtracking(vector<int>& candidates, int target, int sum, int startIndex)
(2)递归终止条件
if (sum > target) {
return;
}
if (sum == target) {
result.push_back(path);
return;
}
(3)单层搜索的逻辑
for (int i = startIndex; i < candidates.size(); i++) {
sum += candidates[i];
path.push_back(candidates[i]);
backtracking(candidates, target, sum, i); // 关键点:不用i+1了,表示可以重复读取当前的数
sum -= candidates[i]; // 回溯
path.pop_back(); // 回溯
}
完整代码如下:
// 版本一
class Solution {
private:
vector<vector<int>> result;
vector<int> path;
void process(vector<int>& cs, int target, int sum, int startIdx) {
if (sum > target) {
return;
}
if (sum == target) {
result.push_back(path);
return;
}
for (int i = startIdx; i < cs.size(); i++) {
sum += cs[i];
path.push_back(cs[i]);
process(cs, target, sum, i); // 不用i+1了,表示可以重复读取当前的数
sum -= cs[i];
path.pop_back();
}
}
public:
vector<vector<int>> combinationSum(vector<int>& candidates, int target) {
process(candidates, target, 0, 0);
return result;
}
};
(4)剪枝优化
for (int i = startIndex; i < candidates.size() && sum + candidates[i] <= target; i++)
整体代码如下:
class Solution {
private:
vector<vector<int>> result;
vector<int> path;
void process(vector<int>& cs, int target, int sum, int startIdx) {
if (sum == target) {
result.push_back(path);
return;
}
// 如果 sum + candidates[i] > target 就终止遍历
for (int i = startIdx; i < cs.size() && sum + cs[i] <= target; i++) {
sum += cs[i];
path.push_back(cs[i]);
process(cs, target, sum, i);
sum -= cs[i];
path.pop_back();
}
}
public:
vector<vector<int>> combinationSum(vector<int>& cs, int target) {
result.clear();
path.clear();
sort(cs.begin(), cs.end()); // 需要排序
process(cs, target, 0, 0);
return result;
}
};
实现二:
class Solution {
private:
vector<vector<int>> result;
vector<int> path;
void process(vector<int>& cs, int rest, int startIdx) {
if(rest < 0){
return;
}
if (rest == 0) {
result.push_back(path);
return;
}
// 如果 sum + candidates[i] > target 就终止遍历
for (int i = startIdx; i < cs.size() ; i++) {
path.push_back(cs[i]);
process(cs, rest - cs[i], i); // 同一个数可以用无限次
path.pop_back();
}
}
public:
vector<vector<int>> combinationSum(vector<int>& cs, int target) {
process(cs, target, 0);
return result;
}
};
在求和问题中,排序之后加剪枝是常见的套路!
对于这类寻找所有可行解的题,我们都可以尝试用「搜索回溯」的方法来解决。
其对应递归树如下。可以看出,每次搜索都会衍生出两个分叉,知道递归终止
class Solution {
vector<vector<int>> ans; // 最终结果集
vector<int> path; //当前结果集
/**
* cs: 原数组,从该数组进行选数
* rest: 还剩多少值需要凑成。起始值为 target ,代表还没选择任何数;当 rest = 0,代表选择的数凑成了 target
* idx: 当前决策到 cs[] 中的第几位
*/
void dfs(vector<int>& cs, int rest, int idx) {
if(idx == cs.size()){
return;
}
if(rest == 0){
ans.emplace_back(path);
return;
}
// 直接跳过
dfs(cs, rest, idx + 1);
// 选择当前数
if(rest - cs[idx] >= 0){// 限制
path.emplace_back(cs[idx]);
dfs(cs, rest - cs[idx], idx);
path.pop_back(); // // 撤销
}
}
public:
// 1 <= target <= 500
vector<vector<int>> combinationSum(vector<int>& cs, int target) {
dfs(cs, target, 0);
return ans;
}
};
这是一道典型的完全背包问题。每个物品可以无限取,要求刚好装满背包的方案数。不同的是这道题要求dp数组中存的是和为j的所有组合
class Solution {
// 完全背包问题
// dp[j] 和为j的所有组合
// dp[j] = dp[j] + (dp[j-candidates[i]]+candidates[i])
public:
vector<vector<int>> combinationSum(vector<int>& candidates, int target) {
vector<vector<vector<int>>> dp(target+1);
for (int i = 0; i < candidates.size(); ++i) { // 物品
for (int j = candidates[i]; j <= target; ++j) { // 尝试去放入重量为j的背包中
for(auto it : dp[j - candidates[i]]){
auto tmp(it);
tmp.push_back(candidates[i]);
dp[j].push_back(move(tmp)); //移动语义提高效率
}
}
}
return dp.back();
}
};
题目 | 思路 |
---|---|
leetcode:77. 给定集合[1…n],从中挑选k(指定)个数,返回所有组合(每个数可以用一次) combination | 组合是顺序无关的,如 [1,2] 和 [2,1] 是同一个组合不同排列。组合时需要一个idx来排除已经选过的数:对于每个数,有两种选择,要,不要;当path.size()==k 时时表示找到了一种组合 |
leetcode:216. 给定集合[1…9],从中挑选k(指定)个数,令其和为target,返回所有组合(每个数可以用一次) combination-sum-iii | 比77题多了一个限制,和为target。组合时需要一个idx来排除已经选过的数:对于每个数,有两种选择,要,不要;当path.size() == k && currSum == targetSum 时表示找到了一种组合 |
leetcode:17. 给定一个数字到字母集的映射表,和一个数字组成的字符串,返回所有可能的组合 Letter Combinations of a Phone Number | 组合是顺序无关的,如 [1,2] 和 [2,1] 是同一个组合不同排列。组合时需要一个idx来排除已经选过的数:从str[0]中选一个数(枚举所有可能的选择),从str[1]中选择一个数… …当idx==str.size() 时,表示找到了一种组合 |
leetcode:401. 二进制手表所有可能的表示时间 Binary Watch | 时针集合取k个,分针集合取num-k个,然后将所有符合要求的生成时间表示存入结果中即可 |
leetcode:22. 给定n,生成所有合法的括号组合 generate-parentheses | 因为要所有组合,所以应该回溯。从左到右尝试,对于当前位置,可以放( 还是) |
leetcode:39. 无序(不重复)数组中选出一些数,令其和=target,返回所有可能的组合(每个数可以使用无限次) Combination Sum | 因为不知道要选几个数,所以不可以指针或者迭代;因为需要返回方案而不是方案个数,所以用回溯。对于每个数,有两种选择:不要、要(1、2…次);当restT == 0时就说明找到了一条路径;当restT < 0或者idx == N 时递归返回 |
leetcode:40. 无序(可重复)数组中选出一些数,令其和=target,返回所有可能的组合(每个数可以使用一次) Combination Sum II | 和39题目一样,唯一的区别是需要去重。怎么去重了,在要了之后,要先跳过所有和nums[curr]相同的数字,再看要还是不要 |
leetcode:377. 无序(不重复)数组中选出一些数,令其和=target,返回所有可能的组合个数(每个数可以使用无限次) Combination Sum IV | 对于每一个rest,在搜索开始之前,如果rest=0,说明找到了一种;否则每次均从nums[0....] 开始使用每一个nums去拼接rest,如果rest > nums[idx],那么就使用它;否则什么也不干 |
leetcode:254. 整数可以由因子相乘得来,给出一个整数,返回所有可能的因子组合 | 由于题目中说明了1和n本身不能算其因子,那么可以从2开始遍历到n,如果当前的数i可以被n整除,说明i是n的一个因子,将其存入一位数组 out 中,然后递归调用 n/i,此时不从2开始遍历,而是从i遍历到 n/i;停止的条件是当n等于1时,如果此时 out 中有因子,将这个组合存入结果 res 中 (start排除已经选过的数,初始时start为2,最多为sqrt(n)) |
leetcode:78. 无序(不重复)数组所有的不重复子集 | 对于每一个元素,都有选择和不选择两种选择,一直到没有元素可选了,才收集可能的答案 |
leetcode:90. 无序(可重复)数组所有的不重复子集 Subsets II | 怎么去重呢?重复的原因是:刚刚选择了,然后撤销了这个选择,之后又选择了和刚刚相同的元素;所以先排序,然后去重(为什么要排序,将重复的元素放在一起,便于剪枝) |
leetcode:46. 无序(不重复)数组所有的全排列 Permutations | 数要全部用光(每个答案长度是固定的),所以对于第一位可以选择num[0…x],对于第二位可以选择除了第一位的所有选择…直到所有数全部用完 |
leetcode:47. 无序(可重复)数组所有的全排列(不重复) Permutations | 怎么去重呢?对于两个相同的元素,可以两个都选,两个都不选,只选择一个(那么选哪一个都可以,因为和选择另一个是相同的情况,所以只有这种情况我们需要剪枝)。所以应该先排序,然后去重。去重条件是:和前一个元素值相同,并且前一个元素已经被使用过 |
leetcode:113. 二叉树找到路径(从根到叶),令其和=target,返回所有可能的组合 | 先判断当前节点是否满足,然后去左右子树找,找完之后,返回上一个结点时,需要把该结点从path 中移除 |