回溯算法及剪枝

2023-05-16

回溯算法及剪枝

  • 理论基础
  • 模板框架
    • 实例
    • 思路
  • 剪枝

回溯算法的本质是暴力穷举,即使用递归控制for循环嵌套的数量,本身不是一个高效的算法。尽管可以使用剪枝来提高效率,但是还是改不了穷举的本质。回溯法,一般用来解决组合,排列,切割,子集,棋盘等问题。

理论基础

回溯法也就是使用递归函数进行解决问题,精髓是使用递归控制for循环嵌套的数量。
解决问题的过程可以抽象为树形结构,即一颗高度有限的树(N叉树)。从根节点一直走到叶子节点。叶子节点为满足条件的一个解决方案。

因为回溯法解决的都是在集合中递归查找子集,所以集合的大小就构成了树的宽度,递归的深度就构成树的深度。下图为回溯法解决问题所产生的树,也是回溯法解决问题的思路和过程。

在这里插入图片描述

模板框架

回溯算法模板框架如下:

void backtracking(参数) {
    if (终止条件) {
        存放结果;
        return;
    }

    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)) {
        处理节点;
        backtracking(路径,选择列表); // 递归
        回溯,撤销处理结果
    }
}

使用回溯法要明白问题的终止条件,和如何构建循环。

终止条件:什么时候达到了终止条件,树中就可以看出,一般来说搜到叶子节点了,也就找到了满足条件的一条答案,把这个答案存放起来,并结束本层递归。

循环:for循环横向遍历,递归纵向遍历,回溯不断调整结果集

大家可以从图中看出「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,一般来说,搜索叶子节点就是找的其中一个结果了。

实例

leetcode: 第77题. 组合
题目链接:https://leetcode-cn.com/problems/combinations/

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。

示例:
输入: n = 4, k = 2
输出: [ [2,4],[3,4],[2,3],[1,2],[1,3],[1,4], ]

思路

本题最开始的想法就是使用for进行遍历,k=2时可以使用两层for循环,k=3时可以使用3层for循环进行嵌套,但是当k=50时就要使用50个for循环进行嵌套,这显然是不可能的,这是无法写出的。

进而我们想到使用递归,每一个递归都是一个for循环,到达终止条件即到达最后一个循环结束递归。
在这里插入图片描述

终止条件:每一次backtracking都是将从根节点到叶子节点的数据依次存入path,程序走到叶子节点,即path.size() == k,将符合条件结果保存,并结束递归。

循环:使用for循环横向遍历,递归纵向遍历

    vector<vector<int>> result; // 存放符合条件结果的集合
    vector<int> path; // 用来存放符合条件结果
    void backtracking(int n, int k, int startIndex) {
        if (path.size() == k) {
            result.push_back(path);
            return;
        }
        for (int i = startIndex; i <= n; i++) {
            path.push_back(i); // 处理节点 
            backtracking(n, k, i + 1); // 递归
            path.pop_back(); // 回溯,撤销处理的节点
        }
    }
    vector<vector<int>> combine(int n, int k) {
        backtracking(n, k, 1);
        return result;
    }

剪枝

回溯算法虽然是暴力穷举算法,但是也能使用剪枝来进行优化。当n=4,k=4时,由下图可看出第一层for循环的时候,从元素2开始的遍历都没有意义了。在第二层for循环,从元素3开始的遍历都没有意义了。我们可以使用剪枝不进行这些搜索
在这里插入图片描述
剪枝精髓是:for循环在寻找起点的时候要有一个范围,如果这个起点到集合终止之间的元素已经不够题目要求的k个元素了,就没有必要搜索了。

	vector<vector<int>> result; 
    vector<int> path;
    void backtracking(int n, int k, int startIndex) {
        if (path.size() == k) {
            result.push_back(path);
            return;
        }
        for (int i = startIndex; i <= n - (k - path.size()) + 1; i++) { // 优化的地方
            path.push_back(i); // 处理节点 
            backtracking(n, k, i + 1);
            path.pop_back(); // 回溯,撤销处理的节点
        }
    }
    vector<vector<int>> combine(int n, int k) {
        backtracking(n, k, 1);
        return result;
    }

接下来看一下优化过程如下:

已经选择的元素个数:path.size();

还需要的元素个数为: k - path.size();

在集合n中至多要从该起始位置 : n - (k - path.size()) + 1,开始遍历

为什么有个+1呢,因为包括起始位置,我们要是一个左闭的集合。

举个例子,n = 4,k = 3, 目前已经选取的元素为0(path.size为0),n - (k - 0) + 1 即 4 - ( 3 - 0) + 1 = 2。

从2开始搜索都是合理的,可以是组合[2, 3, 4]。

本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

回溯算法及剪枝 的相关文章

  • 博客搭建教程1-Archlinux环境配置

    文章目录 1 前言2 archlinux镜像下载3 archlinux安装 1 前言 这个教程主要讲解linux环境下博客的搭建 xff0c 这里的linux系统选择archlinux xff0c 博客的框架基于hexo框架 参考博客 xf
  • 如何在git bash中启用复制粘贴快捷键

    方法一 xff1a 1 鼠标右键点击左上角 xff0c 选择属性 xff08 如果是英文就选择properties xff09 xff1a 2 在选项中勾选相应选项 xff1a 然后就完事了 方法二 xff1a 从其他地方复制一段文本 2
  • 栈,队列(纸牌游戏,小猫钓鱼)

    文章目录 队列 xff1a FIFO实现顺序队列 xff1a 1 顺序循环队基本操作2 链队 栈1 顺序栈栈的元素初始化操作入栈操作判断顺序栈是否为空栈的长度出栈清空一个栈销毁顺序栈 2 链式栈 应用栈1 xff1a 判断回文字符串栈与队列
  • SELinux

    domain https www cnblogs com ly565911158 p 3622942 html coredomain https www cnblogs com liwugang p 12433028 html xff08
  • 电脑任务栏无法点击

    解决方法 1 启动任务管理器 xff08 Ctrl 43 alt 43 找到windows 资源管理器重新启动 xff09 2 win10 更新后右下方有个天气资讯的推送点击全部选择关闭 xff0c 在任务栏上也点击取消
  • 如何快速获取网页源码(直接把网站的 js css html 扒下来的)

    如何快速获取网页源码 xff1f 我们在学习和研究的时候 或者看到非常酷炫的页面效果 xff0c 需要网站的源代码进行借鉴 xff0c 但每次需要下载网站源代码 xff0c 我们都需要找到一个 xff0c 下载一个 xff0c 每次只能下载
  • 人工智能大作业——人脸识别系统(最终)

    写在前面 时间过得飞快 xff0c 时间已经距离我发第一篇文章过去2年多了 xff0c 也不再从事代码工作 xff0c 偶然间上到csdn翻看文章经过 xff0c 看到还是有些人关注人脸识别系统的后续的 xff0c 我猜大概率是学弟学妹们正
  • JAVA json 三种格式

    json三种格式 span class token class name JSONObject span jsonParam span class token operator 61 span span class token keywor
  • java.lang.NumberFormatException: For input string: ""解决方案

    引起异常的主要原因如下 xff1a 1 传参字段和映射字段不一致2 传参类型和映射类型不一致3 时间类型转换时间戳长度不一致4 参数长度和数据库不一致 Service 层代码 span class token keyword public
  • 个性化命令提示符CMD,不止简单地美化,Dos命令让你的命令提示符cmd花里胡哨

    自重温了下注册表知道了autorun子项后 我把cmd重新设计了一遍 先上图 win10系统 cmd版本为10 0 17763 1 原理 添加注册表命令行的自启动项 使启动cmd时会自动运行项的命令值 打开注册表 win R 输入reged
  • Pandas入门第二章之数据的读取

    本节主要介绍pandas经常读取的两种数据格式 xff0c 其分别是CSV和JSON本节使用两个数据集分别是2019腾讯算法大赛和中国AI创新创业大赛的数据集 没有标签的原始数据的格式 带标题的数据格式 本节在介绍pandas读取CSV文件
  • 使用Javascript 创建枚举类型(enum)

    使用Javascript 创建枚举类型 xff08 enum xff09 1 枚举类型的定义 是指将变量的值一一列出来 变量的值只限于列举出来的值的范围内 2 typescript中的枚举类型 span class token keywor
  • 一个七年Java女程序员的年终总结,写给过去一年的自己

    简单先说一下 xff0c 坐标杭州 xff0c 14届本科毕业 xff0c 算上年前在阿里巴巴B2B事业部的面试 xff0c 一共有面试了有6家公司 xff08 因为不想请假 xff0c 因此只是每个晚上去其他公司面试 xff0c 所以面试
  • HTML初识

    文章目录 思维导图HTML标签浏览器内核Web标准骨架标签VScode的使用网页开发工具解释标签图像标签注意点路径视频格式 xff08 后续会补充 xff09 链接 思维导图HTML标签 xff08 表示后面有相应解释 xff09 浏览器内
  • 建造者模式

    建造者模式 建造者模式也属于创建型模式 xff0c 它提供了一种创建对象的最佳方式 定义 将一个复杂对象的构建与它的表示分离 xff0c 使得同样的构建过程可以创建不同的表示 主要作用 在用户不知道对象的建造过程和细节的情况下就可以直接创建
  • 作为一名Web前端开发人员和设计师,2018告诉你如何正确的学习前端

    第一步 掌握HTML CSS 这是你最初必须 掌握的是网站的构建元素没得选 随着你前端的学习进程 熟练掌握HTML CSS简单易学这里还是要推荐下小编的web前端学习群 606加721加798 xff0c 不管你是小白还是大牛 xff0c
  • R语言对正交实验结果(含交互作用)进行极差分析与方差分析实例

    题目 某工厂为了提高某产品的收率 xff0c 根据经验和分析 xff0c 认为反应温度A 反应时间B 碱用量C和催化剂种类D可能对产品的收率造成较大的影响 并考虑交互作用AB xff0c AC 用正交表L8 27 安排试验 xff0c 试验
  • git突然pull push不了 一直fetching

    4 14 今天改完代码之后在idea中push的时候一直fetching xff0c 提交不了代码 改用命令push被拒绝 xff0c pull可以 xff0c 但是特别慢 首先考虑是公司要求定期更改密码 xff0c 但是排除 因为已经改了
  • 配置VNC图形界面服务

    第一步 xff1a 安装Gnome图形化界面 要能远程访问图形化界面 xff0c 首先服务器自身要安装图形化界面 xff0c 在此我们还要安装中文支持套件 yum groupinstall 34 X window System 34 34
  • Activity四种启动模式及onNewIntent()方法

    1 Standard xff1a 是活动默认的启动模式 xff0c 在不进行显式指定的情况下 xff0c 所有活动都会自动使用这种启动模式 系统不在乎这个活动是否已经在返回栈中存在 xff0c 每次启动都会创建该活动的一个新的实例 2 Si

随机推荐