代码随想录算法训练营day24|回溯算法&leetcode77

回溯算法理论:

        回溯法是一种搜索的方式,常常与递归一起,如果某个程序写了递归,那么往往就缺少不了回溯。这俩东西是配对的。有递归 = 有回溯

回溯的本质就穷举,穷举所有的可能,然后选出我们想要的答案。

回溯算法能解决的问题:

  • 组合问题:N个数里面按一定规则找出k个数的集合
  • 切割问题:一个字符串按一定规则有几种切割方式
  • 子集问题:一个N个数的集合里有多少符合条件的子集
  • 排列问题:N个数按一定规则全排列,有几种排列方式
  • 棋盘问题:N皇后,解数独等等

上面提到了组合与排列,那么什么是组合,什么是排列?

组合是一个不强调顺序的,例如[1,2],[2,1]这两个实际就是一个组合。

排列是强调顺序的,[1,2],[2,1]这就是两种排列方式

所以,组合无序,排列有序

怎么去理解回溯呢?

回溯法解决的问题都可以抽象为树形结构,是的,我指的是所有回溯法的问题都可以抽象为树形结构!

因为回溯法解决的都是在集合中递归查找子集,集合的大小就构成了树的宽度,递归的深度,都构成的树的深度

递归就要有终止条件,所以必然是一棵高度有限的树(N叉树)。

这里分享一个回溯算法模板(python版本)

代码随想录算法训练营day24|回溯算法&leetcode77_第1张图片

 最后别忘了调用哦~

举例如图:

        代码随想录算法训练营day24|回溯算法&leetcode77_第2张图片

(来自代码随想录)

回溯算法遍历过程(代码随想录提供):

 

 代码随想录算法训练营day24|回溯算法&leetcode77_第3张图片

实战

Leetcode77组合

77. 组合 - 力扣(Leetcode)

给定两个整数 n 和 k,返回范围 [1, n] 中所有可能的 k 个数的组合。

你可以按 任何顺序 返回答案。

思路:意思就是从1到n中选出满足k大小的集合,可能一开始会想到两个for循环嵌套,那如果是k+ =50的话,是要写50个for循环码?是不是不太可能哇哈哈哈哈哈哈

如图:

代码随想录算法训练营day24|回溯算法&leetcode77_第4张图片

这就是我们递归的过程,转换为树形结构来看是不是清楚很多了。

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

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。

递归三部曲:

        终止条件:如果我们path长度已经等于k,说明已经找到一个结果了,那就要及时返回保存

        递归参数:n,k,这里额外设置一个startindex来记录下一层递归,搜索的起始位置。

        单程循环逻辑: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。

 然后才遍历完整个树。

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

代码:

def combine(self, n: int, k: int) -> List[List[int]]:
        res = []#存放符合条件的结果
        path = []#存放单个结果
        """回溯+递归"""
        def backtrace(n,k,start):
            #if 满足条件 就加入到路径中 这里注意如果直接append path全是空的 要添加里面的元素
            if len(path)==k:
                res.append(path[:])
                return
            #for 选择in选择列表
            for i in range(start,n+1):
                #做出选择
                path.append(i)
                #递归执行
                backtrace(n,k,i+1)
                #撤销选择
                path.pop()
        backtrace(n,k,1)    
        return res

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