【算法】{画决策树 + dfs + 递归 + 回溯 + 剪枝} 解决排列、子集问题(C++)

文章目录

  • 1. 前言
  • 2. 算法例题
    • 46.全排列
    • 78.子集

1. 前言

  1. dfs问题 我们已经学过,对于排列、子集类的问题,一般可以想到暴力枚举,但此类问题用暴力解法 一般都会超时,时间开销过大。
  2. 对于该种问题,重点在于尽可能详细的 画决策树,随后根据决策树分析 题目所涉及的 剪枝、回溯、递归等细节问题。
  3. 根据决策树的画法不同,题目会有不同的解法,只要保证决策树没有问题,保证细节问题下 代码一定可以编写出来。

2. 算法例题

46.全排列

在这里插入图片描述

思路

  • 思路:求出数组中元素的所有排列顺序,并用数组输出。

  • 解法一 暴力枚举

    • 用n层for循环,每层循环依次固定一个数
    • 超时,时间开销太大,n个元素就是O(n ^ n)
  • 解法二 根据决策树 进行递归
    在这里插入图片描述

    • 根据上图,我们需要创建下面三个全局变量.
      在这里插入图片描述
    • 结束条件:当我们遍历到叶子节点时(即path.size() == nums.size()),将path加入到ret中,并向上返回。
    • 回溯:对当前元素dfs后,进行回溯,回溯即将之前加入到path 的元素删除,并将used重新置为false。

代码

class Solution {
public:vector<vector<int>> ret; // 用于存储最终结果bool used[7]; // 用于记录某个下标的元素是否在序列中vector<int> path; // 用于记录某个下标的元素是否已经加入到序列中vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) {dfs(nums);return ret;}void dfs(vector<int>& nums) {if(path.size() == nums.size()){ret.push_back(path);return;}// 遍历数组,对每一位都进行dfs && 排列for(int i = 0; i < nums.size(); ++i){if(used[i] == false) // 如果该位置未加入到当前序列中{path.push_back(nums[i]);used[i] = true;dfs(nums);// dfs向上返回回来 -> 回溯path.pop_back();used[i] = false;}}}
};

78.子集

在这里插入图片描述

  • 题目要求我们将数组的所有子集统计,并以数组形式返回(空集就是空数组)

解法一

  • 解法 根据 选与不选 画决策树
    在这里插入图片描述

    • 根据上图决策树,我们通过对一个元素的选择与否划分树,而当到达叶子节点的时候(i == nums.size())向上返回即可。
    • 函数头:首先需要的参数是数组本身,其次我们通过变量i来标记当前选择的元素所在层数,则 void dfs(vector<int>& nums, int i)
    • 函数体:分别写出选择与不选择该元素时的代码即可
    • 结束条件:如前面所说,当 到叶子节点时返回。

代码

class Solution {
public:vector<vector<int>> ret;vector<int> path;vector<vector<int>> subsets(vector<int>& nums) {int i = 0;dfs(nums, i);return ret;}void dfs(vector<int>& nums, int i){if(i == nums.size()){ret.push_back(path);return;}// 不选当前元素dfs(nums, i + 1);// 选当前元素path.push_back(nums[i]);dfs(nums, i + 1);path.pop_back();}
};

解法二

在这里插入图片描述

  • 解法 根据子集包含的元素个数 画 决策树
  • 如上图所示,以此法画的决策树,每个节点的值都是有效值
    • 函数头:第一个参数是数组本身,另外需要给出当前遍历到nums的第几个元素。void dfs(vector<int>& nums, int pos)
    • 函数体
      1. 在函数开始时先将当前子集加入到ret中
      2. 利用for循环,每次从pos开始遍历数组:每次将一个元素作为子集第一位的所有子集检索完毕后,再以下一个元素作为子集第一位,可以防止重复子集
        • for循环中每次将当前元素加入到path中,dfs下一位,最后回溯

代码

class Solution {
public:vector<vector<int>> ret;vector<int> path;vector<vector<int>> subsets(vector<int>& nums) {int pos = 0;dfs(nums, pos);return ret;}void dfs(vector<int>& nums, int pos){ret.push_back(path);for(int i = pos; i < nums.size(); ++i){path.push_back(nums[i]);dfs(nums, i + 1);path.pop_back(); // 回溯 - 恢复现场}}
};

有待更新… …

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