1
1
2
+ > 回溯法的第一道题目,就不简单呀!
3
+
2
4
# 第77题. 组合
3
5
4
6
题目链接:https://leetcode-cn.com/problems/combinations/
5
7
6
- 给定两个整数 n 和 k,返回 1 ... n 中所有可能的 k 个数的组合。
7
- 示例:
8
-
9
- 输入: n = 4, k = 2
10
- 输出:
11
- [
12
- [ 2,4] ,
13
- [ 3,4] ,
14
- [ 2,3] ,
15
- [ 1,2] ,
16
- [ 1,3] ,
17
- [ 1,4] ,
18
- ]
8
+ 给定两个整数 n 和 k,返回 1 ... n 中所有可能的 k 个数的组合。
19
9
10
+ 示例:
11
+ 输入: n = 4, k = 2
12
+ 输出:
13
+ [
14
+ [ 2,4] ,
15
+ [ 3,4] ,
16
+ [ 2,3] ,
17
+ [ 1,2] ,
18
+ [ 1,3] ,
19
+ [ 1,4] ,
20
+ ]
20
21
21
22
# 思路
22
23
23
- 这是回溯法的经典题目 。
24
+ 本题这是回溯法的经典题目 。
24
25
25
- 直觉上当然是使用for循环 ,例如示例中k为2,很容易想到 用两个for循环,这样就可以输出 和示例中一样的结果。
26
+ 直接的解法当然是使用for循环 ,例如示例中k为2,很容易想到 用两个for循环,这样就可以输出 和示例中一样的结果。
26
27
27
28
代码如下:
28
29
```
29
- int n = 4;
30
- for (int i = 1; i <= n; i++) {
31
- for (int j = i + 1; j <= n; j++) {
32
- cout << i << " " << j << endl;
33
- }
30
+ int n = 4;
31
+ for (int i = 1; i <= n; i++) {
32
+ for (int j = i + 1; j <= n; j++) {
33
+ cout << i << " " << j << endl;
34
34
}
35
+ }
35
36
```
36
37
37
38
输入:n = 100, k = 3
38
39
那么就三层for循环,代码如下:
39
40
40
41
```
42
+ int n = 100;
41
43
for (int i = 1; i <= n; i++) {
42
44
for (int j = i + 1; j <= n; j++) {
43
- for (int u = j + 1; u <=n; n++) {
44
-
45
+ for (int u = j + 1; u <= n; n++) {
46
+ cout << i << " " << j << " " << u << endl;
45
47
}
46
48
}
47
49
}
48
50
```
49
51
50
52
** 如果n为100,k为50呢,那就50层for循环,是不是开始窒息** 。
51
53
52
- 那么回溯法就能解决这个问题了。
54
+ ** 此时就会发现虽然想暴力搜索,但是用for循环嵌套连暴力都写不出来! **
53
55
54
- 回溯是用来做选择,递归用来做节点层叠嵌套(可以理解是随便开K的for循环), ** 每一次的递归相当于嵌套一个for循环,可以用于解决多层嵌套循环的问题了 ** 。
56
+ 咋整?
55
57
56
- ** 回溯问题都可以抽象为一棵树形结构!用树形结构来理解回溯就容易多了 ** 。
58
+ 回溯搜索法来了,虽然回溯法也是暴力,但至少能写出来,不像for循环嵌套k层让人绝望 。
57
59
58
- 那么我们把组合问题抽象为如下树形结构:
60
+ 那么回溯法怎么暴力搜呢?
59
61
60
- < img src = ' ../pics/77.组合.png ' width = 600 > </ img ></ div >
62
+ 上面我们说了 ** 要解决 n为100,k为50的情况,暴力写法需要嵌套50层for循环,那么回溯法就用递归来解决嵌套层数的问题 ** 。
61
63
62
- 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。
64
+ 递归来做层叠嵌套(可以理解是开k层for循环),** 每一次的递归中嵌套一个for循环,那么递归就可以用于解决多层嵌套循环的问题了** 。
65
+
66
+ 此时递归的层数大家应该知道了,例如:n为100,k为50的情况下,就是递归50层。
63
67
64
- 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。
68
+ 一些同学本来对递归就懵,回溯法中递归还要嵌套for循环,可能就直接晕倒了!
65
69
66
- ** 回溯的问题都可以抽象为一个树形结构,在求解组合问题的过程中,n相当于树的宽度,k相当于树的深度 ** 。
70
+ 如果脑洞模拟回溯搜索的过程,绝对可以让人窒息,所以需要抽象图形结构来进一步理解 。
67
71
68
- ** 每次从集合中选组元素,可选择的范围随着选择的进行而限缩,调整可选择的范围 **
72
+ ** 我们在 [ 关于回溯算法,你该了解这些! ] ( https://mp.weixin.qq.com/s/gjSgJbNbd1eAA5WkA-HeWw ) 中说道回溯法解决的问题都可以抽象为树形结构(N叉树),用树形结构来理解回溯就容易多了 ** 。
69
73
70
- 如何在这个树上遍历,然后收集到我们要的结果集呢?
74
+ 那么我把组合问题抽象为如下树形结构:
71
75
72
- 用的就是回溯搜索法, ** 可以发现,每次搜索到了叶子节点,我们就找到了一个结果 ** 。
76
+ < img src = ' ../pics/77.组合.png ' width = 600 > </ img ></ div >
73
77
78
+ 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。
74
79
75
- ** 一些同学对递归操作本来就不熟练,递归上面又加上一个for循环,直接晕倒! **
80
+ 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。
76
81
77
- ##
82
+ ** 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 ** 。
78
83
79
- 我再给大家捋顺一下。
84
+ ** 图中可以发现n相当于树的宽度,k相当于树的深度 ** 。
80
85
81
- 这个backtracking(递归函数)是从根节点向树的叶子节点方向遍历, ** for循环可以理解是横向遍历,backtracking(递归)就是纵向遍历 ** ,这样就把这棵树全遍历完了,如图所示:
86
+ 那么如何在这个树上遍历,然后收集到我们要的结果集呢?
82
87
83
- < img src = ' ../pics/77.组合1.png ' width = 600 > </ img ></ div >
88
+ ** 图中每次搜索到了叶子节点,我们就找到了一个结果 ** 。
84
89
85
- backtracking一直往深处遍历,总会遇到叶子节点,遇到了叶子节点就要返回,那么backtracking的下面部分就是回溯的操作了,撤销本次处理的结果 。
90
+ 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 。
86
91
87
- ## 求组合
92
+ 在 [ 关于回溯算法,你该了解这些! ] ( https://mp.weixin.qq.com/s/gjSgJbNbd1eAA5WkA-HeWw ) 中我们提到了回溯法三部曲,那么我们按照回溯法三部曲开始正式讲解代码了。
88
93
89
- 掌握了模板之后,我们再来看一下这道求组合的题目。
90
94
91
- * 回溯函数返回值以及参数
95
+ ## 回溯法三部曲
96
+
97
+ * 递归函数的返回值以及参数
92
98
93
99
在这里要定义两个全局变量,一个用来存放符合条件单一结果,一个用来存放符合条件结果的集合。
94
100
@@ -99,14 +105,16 @@ vector<vector<int>> result; // 存放符合条件结果的集合
99
105
vector<int> path; // 用来存放符合条件结果
100
106
```
101
107
102
- 其实不定义这两个全局遍历也是可以的,把这两个变量放进回溯函数的参数里,但为了函数里参数太多影响可读性,所以我定义全局变量 。
108
+ 其实不定义这两个全局遍历也是可以的,把这两个变量放进递归函数的参数里,但函数里参数太多影响可读性,所以我定义全局变量了 。
103
109
104
- 首先两个参数,集合n里面取k的数,是两个int型的变量 。
110
+ 函数里一定有两个参数,既然是集合n里面取k的数,那么n和k是两个int型的参数 。
105
111
106
- 然后还需要一个参数,也为int型变量startIndex ,这个参数用来记录本层递归的中,集合从哪里开始遍历(集合就是[ 1,...,n] )。
112
+ 然后还需要一个参数,为int型变量startIndex ,这个参数用来记录本层递归的中,集合从哪里开始遍历(集合就是[ 1,...,n] )。
107
113
108
114
为什么要有这个startIndex呢?
109
115
116
+ ** 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,就是要靠startIndex** 。
117
+
110
118
从下图中红线部分可以看出,在集合[ 1,2,3,4] 取1之后,下一层递归,就要在[ 2,3,4] 中取数了,那么下一层递归如何知道从[ 2,3,4] 中取数呢,靠的就是startIndex。
111
119
112
120
<img src =' ../pics/77.组合2.png ' width =600 > </img ></div >
@@ -125,7 +133,7 @@ void backtracking(int n, int k, int startIndex)
125
133
126
134
什么时候到达所谓的叶子节点了呢?
127
135
128
- 就是path这个数组的大小如果达到k,说明我们找到了一个集合大小为k的组合了 ,在图中path存的就是根节点到叶子节点的路径。
136
+ path这个数组的大小如果达到k,说明我们找到了一个子集大小为k的组合了 ,在图中path存的就是根节点到叶子节点的路径。
129
137
130
138
如图红色部分:
131
139
@@ -142,26 +150,30 @@ if (path.size() == k) {
142
150
}
143
151
```
144
152
153
+ * 单层搜索的过程
145
154
146
- * 回溯搜索的遍历过程
155
+ 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。
147
156
148
- 在如下如中,我们知道for循环用来横向遍历,递归的过程是纵向遍历。
149
157
<img src =' ../pics/77.组合1.png ' width =600 > </img ></div >
150
158
151
159
如此我们才遍历完图中的这棵树。
152
160
153
- 那么for循环每次就是从startIndex开始遍历,然后用path保存每次遍历到的节点 。
161
+ for循环每次从startIndex开始遍历,然后用path保存取到的节点i 。
154
162
155
163
代码如下:
156
164
157
165
```
158
- for (int i = startIndex; i <= n; i++) {
166
+ for (int i = startIndex; i <= n; i++) { // 控制树的横向遍历
159
167
path.push_back(i); // 处理节点
160
- backtracking(n, k, i + 1); // 注意下一层搜索要从i+1开始
168
+ backtracking(n, k, i + 1); // 递归:控制树的纵向遍历, 注意下一层搜索要从i+1开始
161
169
path.pop_back(); // 回溯,撤销处理的节点
162
170
}
163
171
```
164
172
173
+ 可以看出backtracking(递归函数)通过不断调用自己一直往深处遍历,总会遇到叶子节点,遇到了叶子节点就要返回。
174
+
175
+ backtracking的下面部分就是回溯的操作了,撤销本次处理的结果。
176
+
165
177
关键地方都讲完了,组合问题C++完整代码如下:
166
178
167
179
@@ -177,71 +189,51 @@ private:
177
189
}
178
190
for (int i = startIndex; i <= n; i++) {
179
191
path.push_back(i); // 处理节点
180
- backtracking(n, k, i + 1);
192
+ backtracking(n, k, i + 1); // 递归
181
193
path.pop_back(); // 回溯,撤销处理的节点
182
194
}
183
195
}
184
196
public:
185
197
vector<vector<int>> combine(int n, int k) {
186
- result.clear(); // 可以不写
187
- path.clear(); // 可以不写
198
+ result.clear(); // 可以不写
199
+ path.clear(); // 可以不写
188
200
backtracking(n, k, 1);
189
201
return result;
190
202
}
191
203
};
192
204
```
193
205
194
- ## 剪枝优化
195
-
196
- 在遍历的过程中如下代码 :
206
+ 还记得我们在[ 关于回溯算法,你该了解这些!] ( https://mp.weixin.qq.com/s/gjSgJbNbd1eAA5WkA-HeWw ) 中给出的回溯法模板么?
197
207
208
+ 如下:
198
209
```
199
- for (int i = startIndex; i <= n; i++)
200
- ```
201
-
202
- 这个遍历的范围是可以剪枝优化的,怎么优化呢?
203
-
204
- 来举一个例子,n = 4, k = 4的话,那么从2开始的遍历都没有意义了。
205
-
206
- 已经选择的元素个数:path.size();
210
+ void backtracking(参数) {
211
+ if (终止条件) {
212
+ 存放结果;
213
+ return;
214
+ }
207
215
208
- 要选择的元素个数 : k - path.size();
216
+ for (选择:本层集合中元素(树中节点孩子的数量就是集合的大小)) {
217
+ 处理节点;
218
+ backtracking(路径,选择列表); // 递归
219
+ 回溯,撤销处理结果
220
+ }
221
+ }
222
+ ```
209
223
210
- 在集合n中开始选择的起始位置 : n - (k - path.size());
224
+ ** 对比一下本题的代码,是不是发现有点像! ** 所以有了这个模板,就有解题的大体方向,不至于毫无头绪。
211
225
212
- 因为起始位置是从1开始的,而且代码里是n <= 起始位置,所以 集合n中开始选择的起始位置 : n - (k - path.size()) + 1;
226
+ # 总结
213
227
214
- 所以优化之后是:
228
+ 组合问题是回溯法解决的经典问题,我们开始的时候给大家列举一个很形象的例子,就是n为100,k为50的话,直接想法就需要50层for循环。
215
229
216
- ```
217
- for (int i = startIndex; i <= n - (k - path.size()) + 1; i++)
218
- ```
230
+ 从而引出了回溯法就是解决这种k层for循环嵌套的问题。
219
231
220
- 优化后整体代码如下:
232
+ 然后进一步把回溯法的搜索过程抽象为树形结构,可以直观的看出搜索的过程。
221
233
222
- ```
223
- class Solution {
224
- private:
225
- vector<vector<int>> result; // 存放符合条件结果的集合
226
- vector<int> path; // 用来存放符合条件结果
227
- void backtracking(int n, int k, int startIndex) {
228
- if (path.size() == k) {
229
- result.push_back(path);
230
- return;
231
- }
232
- for (int i = startIndex; i <= n - (k - path.size()) + 1; i++) {
233
- path.push_back(i); // 处理节点
234
- backtracking(n, k, i + 1);
235
- path.pop_back(); // 回溯,撤销处理的节点
236
- }
237
- }
238
- public:
234
+ 接着用回溯法三部曲,逐步分析了函数参数、终止条件和单层搜索的过程。
239
235
240
- vector<vector<int>> combine(int n, int k) {
241
- backtracking(n, k, 1);
242
- return result;
243
- }
244
- };
245
- ```
236
+ ** 本题其实是可以剪枝优化的,大家可以思考一下,具体如何剪枝我会在下一篇详细讲解,敬请期待!**
246
237
238
+ ** 就酱,如果对你有帮助,就帮Carl转发一下吧,让更多的同学发现这里!**
247
239
0 commit comments