回溯演算法詳解(python

2021-10-07 03:39:11 字數 2849 閱讀 2343

從本質上來說,回溯演算法就是深度優先搜尋(dfs)。而且,回溯演算法和動態規劃也很像,它們都是「分而治之」的思想,但是動態規劃具有重疊子問題的特性,可以通過 dp table

優化,將遞迴樹大幅剪枝。而那些無法大幅剪枝,只能暴力求解的動態規劃就是回溯演算法了。

對於回溯演算法來說,最重要的是「路徑」和「選擇」,路徑就是已經做出來的選擇的集合。當回溯演算法進行到最後時,如果其滿足約束條件,那就把它加入解集,否則,回溯(這也是回溯演算法的由來)。

對於回溯演算法來說,一般是如下模式:

return results
下面用三個演算法題作為示例

leetcode39 組合總和

給定乙個無重複元素的陣列 candidates和乙個目標數 target,找出 candidates 中所有可以使數字之和為 target 的組合 說明

所有數字(包括 target)都是正整數

解集不能包含重複的組合

candidates 中的數字可以無限制重複被選取

示例輸入:candidates = [2,3,5].target = 8

輸出:[[2,2,2,2],[2,3,3],[3,5]]

def combination(candidate:list[int], target: int)->list[list[int]]:

n = len(candidates)

candidates.sort()

results=

# i 和 sum是當前的選擇,track 是路徑

def backtrack(i,sum,track):

# 路徑結束,不滿足約束條件

if sum > target or i == n:

return

# 路徑結束,滿足約束條件

if sum == target:

return

# 更新選擇列表和路徑,遞迴

# 在這個問題中,選擇只有兩種,是否將當前數字納入路徑

backtrack(i, sum+candidates[i], track+[[candidates[i]])

backtrack(i+1, sum, track)

backtrack(0,0,)

return results

leetcode46 全排列

給定乙個沒有重複數字的序列,返回其所有可能的全排列

示例:輸入:[1,2,3]

輸出:[[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]

def permute(nums:list[int]) -> list[list[int]]:

nums.sort()

results=

#nums是選擇列表,track 是路徑

def backtrack(nums,track):

#路徑結束滿足約束條件

if not nums:

return

#更新選擇列表和路徑,遞迴

#在這個問題中,選擇有 n-len(track)這麼多種

for i in range(len(nums)):

traceback(nums[:i]+nums[i+1:],track+[nums[i]])

backtrack(nums,)

return results

leetcode 51 n 皇后問題

在 n*n的棋盤上擺上 n個皇后,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇后都不能處於同一行、同一列或同一斜線上,求擺法。

說明:

給定乙個整數 n,返回所有不同的 n 皇后的問題解決方案

每一種解法包含乙個明確的 n 皇后問題的棋子放置方案,該方案中』q』和』.'分別代表了皇后和空位

示例輸入:4

輸出:[[".q…","…q",「q…」,"…q."],["…q.",「q…」,"…q",".q…"]]

def solvenqueens(n:int)->list[list[str]]:

#首先我們明確一下皇后的位置如何表示,皇后在 track 中的索引代表它所處的列,它的值表示它所在的行

#比如 track[1]=2,表明第二行第一列放置乙個皇后

results=

#track 表示路徑,xy_dif 和 xy_sum 用來計算兩個皇后是否在同一斜線上

def backtrack(track,xy_dif,xy_sum):

p = len(track)

if p==n:

return

for q in range(n):

#1. 兩個皇后不能處在同一列,則它們的索引必然不同(顯然)

#2. 兩個皇后不能處在同一行,則它們的值必然不同

#3. 兩個皇后不能處在左上-右下這種位置,則它們橫縱座標之差必然不同(舉例,如(3,4)和(4,5)

#4. 兩個皇后不能處在右上-左下這種位置,則它們橫縱座標之和必然不同(舉例,如(3,4)和(4,3)

if (q not in track) and (p-q not in xy_dif) and (p+q not in xy_sum):

backtrack(track+[q],xy_dif+[p-q],xy_sum+[p+q])

backtrack(,,)

return [['.'*i + 'q' + '.' *(n-i-1) for i in result] for result in results]

總結

總而言之,碰到回溯演算法的題目,首先弄清楚回溯的條件(也就是退出條件,得出乙個解或者確定無法得出乙個解),其次就是在當前狀態,選擇列表和路徑是什麼,以及選擇完畢,路徑和選擇列表如何更新。

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