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互联网高频面试题目:「回溯算法」求组合总和

代码随想录 579

前言:

此时大家对“求组合数的代码”都比较注意,姐妹们都需要了解一些“求组合数的代码”的相关文章。那么小编也在网摘上网罗了一些有关“求组合数的代码””的相关资讯,希望姐妹们能喜欢,你们一起来了解一下吧!

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第216题.组合总和III

链接:

找出所有相加之和为 n 的 k 个数的组合。组合中只允许含有 1 - 9 的正整数,并且每种组合中不存在重复的数字。

说明:

所有数字都是正整数。解集不能包含重复的组合。

示例 1:

输入: k = 3, n = 7

输出: [[1,2,4]]

示例 2:

输入: k = 3, n = 9

输出: [[1,2,6], [1,3,5], [2,3,4]]

思路

本题就是在[1,2,3,4,5,6,7,8,9]这个集合中找到和为n的k个数的组合。

相对于回溯算法:求组合问题!,无非就是多了一个限制,本题是要找到和为n的k个数的组合,而整个集合已经是固定的了[1,...,9]。

想到这一点了,做过77. 组合之后,本题是简单一些了。

本题k相当于了树的深度,9(因为整个集合就是9个数)就是树的宽度。

例如 k = 2,n = 4的话,就是在集合[1,2,3,4,5,6,7,8,9]中求 k(个数) = 2, n(和) = 4的组合。

选取过程如图:

图中,可以看出,只有最后取到集合(1,3)和为4 符合条件。

回溯三部曲「确定递归函数参数」

和回溯算法:求组合问题!一样,依然需要一维数组path来存放符合条件的结果,二维数组result来存放结果集。

这里我依然定义path 和 result为全局变量。

至于为什么取名为path?从上面树形结构中,可以看出,结果其实就是一条根节点到叶子节点的路径。

vector<vector<int>> result; // 存放结果集 vector<int> path; // 符合条件的结果

接下来还需要如下参数:

targetSum(int)目标和,也就是题目中的n。k(int)就是题目中要求k个数的集合。sum(int)为已经收集的元素的总和,也就是path里元素的总和。startIndex(int)为下一层for循环搜索的起始位置。

所以代码如下:

vector<vector<int>> result;vector<int> path;void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex) 

其实这里sum这个参数也可以省略,每次targetSum减去选取的元素数值,然后判断如果targetSum为0了,说明收集到符合条件的结果了,我这里为了直观便于理解,还是加一个sum参数。

还要强调一下,回溯法中递归函数参数很难一次性确定下来,一般先写逻辑,需要啥参数了,填什么参数。

确定终止条件

什么时候终止呢?

在上面已经说了,k其实就已经限制树的深度,因为就取k个元素,树再往下深了没有意义。

所以如果path.size() 和 k相等了,就终止。

如果此时path里收集到的元素和(sum) 和targetSum(就是题目描述的n)相同了,就用result收集当前的结果。

所以 终止代码如下:

if (path.size() == k) {    if (sum == targetSum) result.push_back(path);    return; // 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回}
「单层搜索过程」

本题和回溯算法:求组合问题!区别之一就是集合固定的就是9个数[1,...,9],所以for循环固定i<=9

如图:

处理过程就是 path收集每次选取的元素,相当于树型结构里的边,sum来统计path里元素的总和。

代码如下:

for (int i = startIndex; i <= 9; i++) {    sum += i;    path.push_back(i);    backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex    sum -= i; // 回溯     path.pop_back(); // 回溯 }

「别忘了处理过程 和 回溯过程是一一对应的,处理有加,回溯就要有减!」

参照关于回溯算法,你该了解这些!中的模板,不难写出如下C++代码:

class Solution {private:    vector<vector<int>> result; // 存放结果集     vector<int> path; // 符合条件的结果    // targetSum:目标和,也就是题目中的n。     // k:题目中要求k个数的集合。     // sum:已经收集的元素的总和,也就是path里元素的总和。     // startIndex:下一层for循环搜索的起始位置。    void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex) {        if (path.size() == k) {            if (sum == targetSum) result.push_back(path);            return; // 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回        }        for (int i = startIndex; i <= 9; i++) {            sum += i; // 处理            path.push_back(i); // 处理            backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex            sum -= i; // 回溯            path.pop_back(); // 回溯        }    }public:    vector<vector<int>> combinationSum3(int k, int n) {        result.clear(); // 可以不加        path.clear();   // 可以不加        backtracking(n, k, 0, 1);        return result;    }};
剪枝

这道题目,剪枝操作其实是很容易想到了,想必大家看上面的树形图的时候已经想到了。

如图:

已选元素总和如果已经大于n(图中数值为4)了,那么往后遍历就没有意义了,直接剪掉。

那么剪枝的地方一定是在递归终止的地方剪,剪枝代码如下:

if (sum > targetSum) { // 剪枝操作    return;}

最后C++代码如下:

class Solution {private:    vector<vector<int>> result; // 存放结果集    vector<int> path; // 符合条件的结果    // targetSum:目标和,也就是题目中的n。    // k:题目中要求k个数的集合。    // sum:已经收集的元素的总和,也就是path里元素的总和。    // startIndex:下一层for循环搜索的起始位置。    void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex) {        if (sum > targetSum) { // 剪枝操作            return; // 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回        }        if (path.size() == k) {            if (sum == targetSum) result.push_back(path);            return;        }        for (int i = startIndex; i <= 9; i++) {            sum += i; // 处理            path.push_back(i); // 处理            backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex            sum -= i; // 回溯            path.pop_back(); // 回溯        }    }public:    vector<vector<int>> combinationSum3(int k, int n) {        result.clear(); // 可以不加        path.clear();   // 可以不加        backtracking(n, k, 0, 1);        return result;    }};
总结

开篇就介绍了本题与回溯算法:求组合问题!的区别,相对来说加了元素总和的限制,如果做完回溯算法:求组合问题!再做本题再合适不过。

分析完区别,依然把问题抽象为树形结构,按照回溯三部曲进行讲解,最后给出剪枝的优化。

相信做完本题,大家对组合问题应该有初步了解了。

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