• 一文秒杀所有排列组合子集问题


    读完本文,你不仅学会了算法套路,还可以顺便去 LeetCode 上拿下如下题目:

    78. 子集(中等)

    90. 子集 II(中等)

    77. 组合(中等)

    39. 组合总和(中等)

    40. 组合总和 II(中等)

    216. 组合总和 III(中等)

    46. 全排列(中等)

    47. 全排列 II(中等)

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    虽然这几个问题是高中就学过的,但如果想编写算法决这几类问题,还是非常考验计算机思维的,本文就讲讲编程解决这几个问题的核心思路,以后再有什么变体,你也能手到擒来,以不变应万变。

    无论是排列、组合还是子集问题,简单说无非就是让你从序列 nums 中以给定规则取若干元素,主要有以下几种变体:

    形式一、元素无重不可复选,即 nums 中的元素都是唯一的,每个元素最多只能被使用一次,这也是最基本的形式

    以组合为例,如果输入 nums = [2,3,6,7],和为 7 的组合应该只有 [7]

    形式二、元素可重不可复选,即 nums 中的元素可以存在重复,每个元素最多只能被使用一次

    以组合为例,如果输入 nums = [2,5,2,1,2],和为 7 的组合应该有两种 [2,2,2,1][5,2]

    形式三、元素无重可复选,即 nums 中的元素都是唯一的,每个元素可以被使用若干次

    以组合为例,如果输入 nums = [2,3,6,7],和为 7 的组合应该有两种 [2,2,3][7]

    当然,也可以说有第四种形式,即元素可重可复选。但既然元素可复选,那又何必存在重复元素呢?元素去重之后就等同于形式三,所以这种情况不用考虑。

    上面用组合问题举的例子,但排列、组合、子集问题都可以有这三种基本形式,所以共有 9 种变化。

    除此之外,题目也可以再添加各种限制条件,比如让你求和为 target 且元素个数为 k 的组合,那这么一来又可以衍生出一堆变体,怪不得面试笔试中经常考到排列组合这种基本题型。

    但无论形式怎么变化,其本质就是穷举所有解,而这些解呈现树形结构,所以合理使用回溯算法框架,稍改代码框架即可把这些问题一网打尽

    具体来说,你需要先阅读并理解前文 回溯算法核心套路,然后记住如下子集问题和排列问题的回溯树,就可以解决所有排列组合子集相关的问题:

    为什么只要记住这两种树形结构就能解决所有相关问题呢?

    首先,组合问题和子集问题其实是等价的,这个后面会讲;至于之前说的三种变化形式,无非是在这两棵树上剪掉或者增加一些树枝罢了

    那么,接下来我们就开始穷举,把排列/组合/子集问题的 9 种形式都过一遍,学学如何用回溯算法把它们一套带走。

    子集(元素无重不可复选)

    力扣第 78 题「子集」就是这个问题:

    题目给你输入一个无重复元素的数组 nums,其中每个元素最多使用一次,请你返回 nums 的所有子集。

    函数签名如下:

    List<List<Integer>> subsets(int[] nums)
    

    比如输入 nums = [1,2,3],算法应该返回如下子集:

    [ [],[1],[2],[3],[1,2],[1,3],[2,3],[1,2,3] ]
    

    好,我们暂时不考虑如何用代码实现,先回忆一下我们的高中知识,如何手推所有子集?

    首先,生成元素个数为 0 的子集,即空集 [],为了方便表示,我称之为 S_0

    然后,在 S_0 的基础上生成元素个数为 1 的所有子集,我称为 S_1

    接下来,我们可以在 S_1 的基础上推导出 S_2,即元素个数为 2 的所有子集:

    为什么集合 [2] 只需要添加 3,而不添加前面的 1 呢?

    因为集合中的元素不用考虑顺序, [1,2,3]2 后面只有 3,如果你向前考虑 1,那么 [2,1] 会和之前已经生成的子集 [1,2] 重复。

    换句话说,我们通过保证元素之间的相对顺序不变来防止出现重复的子集

    接着,我们可以通过 S_2 推出 S_3,实际上 S_3 中只有一个集合 [1,2,3],它是通过 [1,2] 推出的。

    整个推导过程就是这样一棵树:

    注意这棵树的特性:

    如果把根节点作为第 0 层,将每个节点和根节点之间树枝上的元素作为该节点的值,那么第 n 层的所有节点就是大小为 n 的所有子集

    你比如大小为 2 的子集就是这一层节点的值:

    PS:注意,本文之后所说「节点的值」都是指节点和根节点之间树枝上的元素,且将根节点认为是第 0 层

    那么再进一步,如果想计算所有子集,那只要遍历这棵多叉树,把所有节点的值收集起来不就行了?

    直接看代码:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    // 记录回溯算法的递归路径
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    
    // 主函数
    public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
        backtrack(nums, 0);
        return res;
    }
    
    // 回溯算法核心函数,遍历子集问题的回溯树
    void backtrack(int[] nums, int start) {
    
        // 前序位置,每个节点的值都是一个子集
        res.add(new LinkedList<>(track));
        
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 做选择
            track.addLast(nums[i]);
            // 通过 start 参数控制树枝的遍历,避免产生重复的子集
            backtrack(nums, i + 1);
            // 撤销选择
            track.removeLast();
        }
    }
    

    看过前文 回溯算法核心框架 的读者应该很容易理解这段代码把,我们使用 start 参数控制树枝的生长避免产生重复的子集,用 track 记录根节点到每个节点的路径的值,同时在前序位置把每个节点的路径值收集起来,完成回溯树的遍历就收集了所有子集:

    最后,backtrack 函数开头看似没有 base case,会不会进入无限递归?

    其实不会的,当 start == nums.length 时,叶子节点的值会被装入 res,但 for 循环不会执行,也就结束了递归。

    组合(元素无重不可复选)

    如果你能够成功的生成所有无重子集,那么你稍微改改代码就能生成所有无重组合了。

    你比如说,让你在 nums = [1,2,3] 中拿 2 个元素形成所有的组合,你怎么做?

    稍微想想就会发现,大小为 2 的所有组合,不就是所有大小为 2 的子集嘛。

    所以我说组合和子集是一样的:大小为 k 的组合就是大小为 k 的子集

    比如力扣第 77 题「组合」:

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

    函数签名如下:

    List<List<Integer>> combine(int n, int k)
    

    比如 combine(3, 2) 的返回值应该是:

    [ [1,2],[1,3],[2,3] ]
    

    这是标准的组合问题,但我给你翻译一下就变成子集问题了:

    给你输入一个数组 nums = [1,2..,n] 和一个正整数 k,请你生成所有大小为 k 的子集

    还是以 nums = [1,2,3] 为例,刚才让你求所有子集,就是把所有节点的值都收集起来;现在你只需要把第 2 层(根节点视为第 0 层)的节点收集起来,就是大小为 2 的所有组合

    反映到代码上,只需要稍改 base case,控制算法仅仅收集第 k 层节点的值即可:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    // 记录回溯算法的递归路径
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    
    // 主函数
    public List<List<Integer>> combine(int n, int k) {
        backtrack(1, n, k);
        return res;
    }
    
    void backtrack(int start, int n, int k) {
        // base case
        if (k == track.size()) {
            // 遍历到了第 k 层,收集当前节点的值
            res.add(new LinkedList<>(track));
            return;
        }
        
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i <= n; i++) {
            // 选择
            track.addLast(i);
            // 通过 start 参数控制树枝的遍历,避免产生重复的子集
            backtrack(i + 1, n, k);
            // 撤销选择
            track.removeLast();
        }
    }
    

    这样,标准的子集问题也解决了。

    排列(元素无重不可复选)

    排列问题在前文 回溯算法核心框架 讲过,这里就简单过一下。

    力扣第 46 题「全排列」就是标准的排列问题:

    给定一个不含重复数字的数组 nums,返回其所有可能的全排列

    函数签名如下:

    List<List<Integer>> permute(int[] nums)
    

    比如输入 nums = [1,2,3],函数的返回值应该是:

    [
        [1,2,3],[1,3,2],
        [2,1,3],[2,3,1],
        [3,1,2],[3,2,1]
    ]
    

    刚才讲的组合/子集问题使用 start 变量保证元素 nums[start] 之后只会出现 nums[start+1..] 中的元素,通过固定元素的相对位置保证不出现重复的子集。

    但排列问题的本质就是穷举元素的位置,nums[i] 之后也可以出现 nums[i] 左边的元素,所以之前的那一套玩不转了,需要额外使用 used 数组来标记哪些元素还可以被选择

    标准全排列可以抽象成如下这棵二叉树:

    我们用 used 数组标记已经在路径上的元素避免重复选择,然后收集所有叶子节点上的值,就是所有全排列的结果:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    // 记录回溯算法的递归路径
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    // track 中的元素会被标记为 true
    boolean[] used;
    
    /* 主函数,输入一组不重复的数字,返回它们的全排列 */
    public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
        used = new boolean[nums.length];
        backtrack(nums);
        return res;
    }
    
    // 回溯算法核心函数
    void backtrack(int[] nums) {
        // base case,到达叶子节点
        if (track.size() == nums.length) {
            // 收集叶子节点上的值
            res.add(new LinkedList(track));
            return;
        }
    
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 已经存在 track 中的元素,不能重复选择
            if (used[i]) {
                continue;
            }
            // 做选择
            used[i] = true;
            track.addLast(nums[i]);
            // 进入下一层回溯树
            backtrack(nums);
            // 取消选择
            track.removeLast();
            used[i] = false;
        }
    }
    

    这样,全排列问题就解决了。

    但如果题目不让你算全排列,而是让你算元素个数为 k 的排列,怎么算?

    也很简单,改下 backtrack 函数的 base case,仅收集第 k 层的节点值即可:

    // 回溯算法核心函数
    void backtrack(int[] nums, int k) {
        // base case,到达第 k 层
        if (track.size() == k) {
            // 第 k 层节点的值就是大小为 k 的排列
            res.add(new LinkedList(track));
            return;
        }
    
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // ...
            backtrack(nums, k);
            // ...
        }
    }
    

    子集/组合(元素可重不可复选)

    刚才讲的标准子集问题输入的 nums 是没有重复元素的,但如果存在重复元素,怎么处理呢?

    力扣第 90 题「子集 II」就是这样一个问题:

    给你一个整数数组 nums,其中可能包含重复元素,请你返回该数组所有可能的子集。

    函数签名如下:

    List<List<Integer>> subsetsWithDup(int[] nums)
    

    比如输入 nums = [1,2,2],你应该输出:

    [ [],[1],[2],[1,2],[2,2],[1,2,2] ]
    

    当然,按道理说集合不应该包含重复元素的,但既然题目这样问了,我们就忽略这个细节吧,仔细思考一下这道题怎么做才是正事。

    就以 nums = [1,2,2] 为例,为了区别两个 2 是不同元素,后面我们写作 nums = [1,2,2']

    按照之前的思路画出子集的树形结构,显然,两条值相同的相邻树枝会产生重复:

    [ 
        [],
        [1],[2],[2'],
        [1,2],[1,2'],[2,2'],
        [1,2,2']
    ]
    

    所以我们需要进行剪枝,如果一个节点有多条值相同的树枝相邻,则只遍历第一条,剩下的都剪掉,不要去遍历:

    体现在代码上,需要先进行排序,让相同的元素靠在一起,如果发现 nums[i] == nums[i-1],则跳过

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    
    public List<List<Integer>> subsetsWithDup(int[] nums) {
        // 先排序,让相同的元素靠在一起
        Arrays.sort(nums);
        backtrack(nums, 0);
        return res;
    }
    
    void backtrack(int[] nums, int start) {
        // 前序位置,每个节点的值都是一个子集
        res.add(new LinkedList<>(track));
        
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 剪枝逻辑,值相同的相邻树枝,只遍历第一条
            if (i > start && nums[i] == nums[i - 1]) {
                continue;
            }
            track.addLast(nums[i]);
            backtrack(nums, i + 1);
            track.removeLast();
        }
    }
    

    这段代码和之前标准的子集问题的代码几乎相同,就是添加了排序和剪枝的逻辑。

    至于为什么要这样剪枝,结合前面的图应该也很容易理解,这样带重复元素的子集问题也解决了。

    我们说了组合问题和子集问题是等价的,所以我们直接看一道组合的题目吧,这是力扣第 40 题「组合总和 II」:

    给你输入 candidates 和一个目标和 target,从 candidates 中找出中所有和为 target 的组合。

    candidates 可能存在重复元素,且其中的每个数字最多只能使用一次。

    说这是一个组合问题,其实换个问法就变成子集问题了:请你计算 candidates 中所有和为 target 的子集。

    所以这题怎么做呢?

    对比子集问题的解法,只要额外用一个 trackSum 变量记录回溯路径上的元素和,然后将 base case 改一改即可解决这道题:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    // 记录回溯的路径
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    // 记录 track 中的元素之和
    int trackSum = 0;
    
    public List<List<Integer>> combinationSum2(int[] candidates, int target) {
        if (candidates.length == 0) {
            return res;
        }
        // 先排序,让相同的元素靠在一起
        Arrays.sort(candidates);
        backtrack(candidates, 0, target);
        return res;
    }
    
    // 回溯算法主函数
    void backtrack(int[] nums, int start, int target) {
        // base case,达到目标和,找到符合条件的组合
        if (trackSum == target) {
            res.add(new LinkedList<>(track));
            return;
        }
        // base case,超过目标和,直接结束
        if (trackSum > target) {
            return;
        }
    
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 剪枝逻辑,值相同的树枝,只遍历第一条
            if (i > start && nums[i] == nums[i - 1]) {
                continue;
            }
            // 做选择
            track.add([i]);
            trackSum += nums[i];
            // 递归遍历下一层回溯树
            backtrack(nums, i + 1, target);
            // 撤销选择
            track.removeLast();
            trackSum -= nums[i];
        }
    }
    

    排列(元素可重不可复选)

    排列问题的输入如果存在重复,比子集/组合问题稍微复杂一点,我们看看力扣第 47 题「全排列 II」:

    给你输入一个可包含重复数字的序列 nums,请你写一个算法,返回所有可能的全排列,函数签名如下:

    List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums)
    

    比如输入 nums = [1,2,2],函数返回:

    [ [1,2,2],[2,1,2],[2,2,1] ]
    

    先看解法代码:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    boolean[] used;
    
    public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
        // 先排序,让相同的元素靠在一起
        Arrays.sort(nums);
        used = new boolean[nums.length];
        backtrack(nums, track);
        return res;
    }
    
    void backtrack(int[] nums) {
        if (track.size() == nums.length) {
            res.add(new LinkedList(track));
            return;
        }
    
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            if (used[i]) {
                continue;
            }
            // 新添加的剪枝逻辑,固定相同的元素在排列中的相对位置
            if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1] && !used[i - 1]) {
                continue;
            }
            track.add(nums[i]);
            used[i] = true;
            backtrack(nums);
            track.removeLast();
            used[i] = false;
        }
    }
    

    你对比一下之前的标准全排列解法代码,这段解法代码只有两处不同:

    1、对 nums 进行了排序。

    2、添加了一句额外的剪枝逻辑。

    类比输入包含重复元素的子集/组合问题,你大概应该理解这么做是为了防止出现重复结果。

    但是注意排列问题的剪枝逻辑,和子集/组合问题的剪枝逻辑略有不同:新增了 !used[i - 1] 的逻辑判断。

    这个地方理解起来就需要一些技巧性了,且听我慢慢到来。为了方便研究,依然把相同的元素用上标 ' 以示区别。

    假设输入为 nums = [1,2,2'],标准的全排列算法会得出如下答案:

    [
        [1,2,2'],[1,2',2],
        [2,1,2'],[2,2',1],
        [2',1,2],[2',2,1]
    ]
    

    显然,这个结果存在重复,比如 [1,2,2'][1,2',2] 应该只被算作同一个排列,但被算作了两个不同的排列。

    所以现在的关键在于,如何设计剪枝逻辑,把这种重复去除掉?

    答案是,保证相同元素在排列中的相对位置保持不变

    比如说 nums = [1,2,2'] 这个例子,我保持排列中 2 一直在 2' 前面。

    这样的话,你从上面 6 个排列中只能挑出 3 个排列符合这个条件:

    [ [1,2,2'],[2,1,2'],[2,2',1] ]
    

    这也就是正确答案。

    进一步,如果 nums = [1,2,2',2''],我只要保证重复元素 2 的相对位置固定,比如说 2 -> 2' -> 2'',也可以得到无重复的全排列结果。

    仔细思考,应该很容易明白其中的原理:

    标准全排列算法之所以出现重复,是因为把相同元素形成的排列序列视为不同的序列,但实际上它们应该是相同的;而如果固定相同元素形成的序列顺序,当然就避免了重复

    那么反映到代码上,你注意看这个剪枝逻辑:

    // 新添加的剪枝逻辑,固定相同的元素在排列中的相对位置
    if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1] && !used[i - 1]) {
        // 如果前面的相邻相等元素没有用过,则跳过
        continue;
    }
    // 选择 nums[i]
    

    当出现重复元素时,比如输入 nums = [1,2,2',2'']2' 只有在 2 已经被使用的情况下才会被选择,2'' 只有在 2' 已经被使用的情况下才会被选择,这就保证了相同元素在排列中的相对位置保证固定

    好了,这样包含重复输入的排列问题也解决了。

    子集/组合(元素无重可复选)

    终于到了最后一种类型了:输入数组无重复元素,但每个元素可以被无限次使用。

    直接看力扣第 39 题「组合总和」:

    给你一个无重复元素的整数数组 candidates 和一个目标和 target,找出 candidates 中可以使数字和为目标数 target 的所有组合。candidates 中的每个数字可以无限制重复被选取。

    函数签名如下:

    List<List<Integer>> combinationSum(int[] candidates, int target)
    

    比如输入 candidates = [1,2,3], target = 3,算法应该返回:

    [ [1,1,1],[1,2],[3] ]
    

    这道题说是组合问题,实际上也是子集问题:candidates 的哪些子集的和为 target

    想解决这种类型的问题,也得回到回溯树上,我们不妨先思考思考,标准的子集/组合问题是如何保证不重复使用元素的

    答案在于 backtrack 递归时输入的参数:

    // 回溯算法标准框架
    for (int i = start; i < nums.length; i++) {
        // ...
        // 递归遍历下一层回溯树,注意参数
        backtrack(nums, i + 1, target);
        // ...
    }
    

    这个 istart 开始,那么下一层回溯树就是从 start + 1 开始,从而保证 nums[start] 这个元素不会被重复使用:

    那么反过来,如果我想让每个元素被重复使用,我只要把 i + 1 改成 i 即可:

    // 回溯算法标准框架
    for (int i = start; i < nums.length; i++) {
        // ...
        // 递归遍历下一层回溯树
        backtrack(nums, i, target);
        // ...
    }
    

    这相当于给之前的回溯树添加了一条树枝,在遍历这棵树的过程中,一个元素可以被无限次使用:

    当然,这样这棵回溯树会永远生长下去,所以我们的递归函数需要设置合适的 base case 以结束算法,即路径和大于 target 时就没必要再遍历下去了。

    这道题的解法代码如下:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    // 记录回溯的路径
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    // 记录 track 中的路径和
    int trackSum = 0;
    
    public List<List<Integer>> combinationSum(int[] candidates, int target) {
        if (candidates.length == 0) {
            return res;
        }
        backtrack(candidates, 0, target);
        return res;
    }
    
    // 回溯算法主函数
    void backtrack(int[] nums, int start, int target) {
        // base case,找到目标和,记录结果
        if (trackSum == target) {
            res.add(new LinkedList<>(track));
            return;
        }
        // base case,超过目标和,停止向下遍历
        if (trackSum > target) {
            return;
        }
    
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 选择 nums[i]
            trackSum += nums[i];
            track.add(nums[i]);
            // 递归遍历下一层回溯树
            // 同一元素可重复使用,注意参数
            backtrack(nums, i, target);
            // 撤销选择 nums[i]
            trackSum -= nums[i];
            track.removeLast();
        }
    }
    

    排列(元素无重可复选)

    力扣上没有类似的题目,我们不妨先想一下,nums 数组中的元素无重复且可复选的情况下,会有哪些排列?

    比如输入 nums = [1,2,3],那么这种条件下的全排列共有 3^3 = 27 种:

    [
      [1,1,1],[1,1,2],[1,1,3],[1,2,1],[1,2,2],[1,2,3],[1,3,1],[1,3,2],[1,3,3],
      [2,1,1],[2,1,2],[2,1,3],[2,2,1],[2,2,2],[2,2,3],[2,3,1],[2,3,2],[2,3,3],
      [3,1,1],[3,1,2],[3,1,3],[3,2,1],[3,2,2],[3,2,3],[3,3,1],[3,3,2],[3,3,3]
    ]
    

    标准的全排列算法利用 used 数组进行剪枝,避免重复使用同一个元素。如果允许重复使用元素的话,直接放飞自我,去除所有 used 数组的剪枝逻辑就行了

    那这个问题就简单了,代码如下:

    List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
    LinkedList<Integer> track = new LinkedList<>();
    
    public List<List<Integer>> permuteRepeat(int[] nums) {
        backtrack(nums);
        return res;
    }
    
    // 回溯算法核心函数
    void backtrack(int[] nums) {
        // base case,到达叶子节点
        if (track.size() == nums.length) {
            // 收集叶子节点上的值
            res.add(new LinkedList(track));
            return;
        }
    
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 做选择
            track.add(nums[i]);
            // 进入下一层回溯树
            backtrack(nums);
            // 取消选择
            track.removeLast();
        }
    }
    

    至此,排列/组合/子集问题的九种变化就都讲完了。

    最后总结

    来回顾一下排列/组合/子集问题的三种形式在代码上的区别。

    由于子集问题和组合问题本质上是一样的,无非就是 base case 有一些区别,所以把这两个问题放在一起看。

    形式一、元素无重不可复选,即 nums 中的元素都是唯一的,每个元素最多只能被使用一次backtrack 核心代码如下:

    /* 组合/子集问题回溯算法框架 */
    void backtrack(int[] nums, int start) {
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 做选择
            track.addLast(nums[i]);
            // 注意参数
            backtrack(nums, i + 1);
            // 撤销选择
            track.removeLast();
        }
    }
    
    /* 排列问题回溯算法框架 */
    void backtrack(int[] nums) {
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 剪枝逻辑
            if (used[i]) {
                continue;
            }
            // 做选择
            used[i] = true;
            track.addLast(nums[i]);
    
            backtrack(nums);
            // 取消选择
            track.removeLast();
            used[i] = false;
        }
    }
    

    形式二、元素可重不可复选,即 nums 中的元素可以存在重复,每个元素最多只能被使用一次,其关键在于排序和剪枝,backtrack 核心代码如下:

    Arrays.sort(nums);
    /* 组合/子集问题回溯算法框架 */
    void backtrack(int[] nums, int start) {
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 剪枝逻辑,跳过值相同的相邻树枝
            if (i > start && nums[i] == nums[i - 1]) {
                continue;
            }
            // 做选择
            track.addLast(nums[i]);
            // 注意参数
            backtrack(nums, i + 1);
            // 撤销选择
            track.removeLast();
        }
    }
    
    
    Arrays.sort(nums);
    /* 排列问题回溯算法框架 */
    void backtrack(int[] nums) {
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 剪枝逻辑
            if (used[i]) {
                continue;
            }
            // 剪枝逻辑,固定相同的元素在排列中的相对位置
            if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1] && !used[i - 1]) {
                continue;
            }
            // 做选择
            used[i] = true;
            track.addLast(nums[i]);
    
            backtrack(nums);
            // 取消选择
            track.removeLast();
            used[i] = false;
        }
    }
    

    形式三、元素无重可复选,即 nums 中的元素都是唯一的,每个元素可以被使用若干次,只要删掉去重逻辑即可,backtrack 核心代码如下:

    /* 组合/子集问题回溯算法框架 */
    void backtrack(int[] nums, int start) {
        // 回溯算法标准框架
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            // 做选择
            track.addLast(nums[i]);
            // 注意参数
            backtrack(nums, i);
            // 撤销选择
            track.removeLast();
        }
    }
    
    
    /* 排列问题回溯算法框架 */
    void backtrack(int[] nums) {
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 做选择
            track.addLast(nums[i]);
    
            backtrack(nums);
            // 取消选择
            track.removeLast();
        }
    }
    

    只要从树的角度思考,这些问题看似复杂多变,实则改改 base case 就能解决,这也是为什么我在 学习算法和数据结构的框架思维手把手刷二叉树(纲领篇) 中强调树类型题目重要性的原因。

    如果你能够看到这里,真得给你鼓掌,相信你以后遇到各种乱七八糟的算法题,也能一眼看透它们的本质,以不变应万变。

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