【LeetCode】升级打怪之路 Day 24：回溯算法的解题框架

今日题目：

• 46. 全排列
• 51. N 皇后
• 78. 子集

目录

• • • [LC 46. 全排列](#LC 46. 全排列)
    • [LC 51. N 皇后](#LC 51. N 皇后)
    • [LC 78. 子集 【classic】](#LC 78. 子集 【classic】)
    • • 1）思路一
      • 2）思路二

今天学习了回溯算法的解题框架：回溯算法解题套路框架 | labuladong

回溯算法的整体框架都是：

result = []

def backtrack(路径, 选择列表):
    if 满足结束条件:
        result.add(路径)
        return
    
    for 选择 in 选择列表:
        做选择
        backtrack(路径, 选择列表)
        撤销选择

基本上所有使用回溯算法来解题时都是这个思路，区别就在于要根据具体题目背景来设计"选择列表"有什么、如何做出选择等等。

在我们做题时，简单画一下回溯算法的决策树能够快速帮助我们如何设计"遍历选择列表"、"做选择"等这些操作。可以参考这篇文章的 LC 78 题目。

LC 46. 全排列

46. 全排列

学会回溯算法的思路后，这个题目就不难了，看看解题框架是如何运用到这个题目中的：

class Solution {

    private List<List<Integer>> result;

    private void backtrack(List<Integer> path, int[] nums, boolean[] used) {
        // 加入结果集
        if (path.size() == nums.length) {
            result.add(new ArrayList<>(path));
        }

        // 遍历选择
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            if (used[i]) {
                continue;
            }
            // 做出选择
            used[i] = true;
            int num = nums[i];
            path.addLast(num);
            backtrack(path, nums, used);
            // 撤销选择
            used[i] = false;
            path.removeLast();
        }
    }

    public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
        result = new ArrayList<>();
        List<Integer> path = new ArrayList<>();
        boolean[] used = new boolean[nums.length];
        Arrays.fill(used, false);
        backtrack(path, nums, used);
        return result;
    }
}

LC 51. N 皇后

51. N 皇后

这也是经典的使用回溯来解题的题目：每一次在新的一行中选出一列放上棋子，直到 n 行都放上棋子后就可以作为一种答案。

这个题目在使用回溯算法时，关键难点在于如何判断在做出一个选择后的棋局是否满足 N 皇后要求。因为我们是每次在新的一行中放入棋子，所以只需要检测这个新的棋子是否存在列冲突以及斜线冲突。

按照以上思路，题目也就不难了。

LC 78. 子集 【classic】

78. 子集

这个题目有两种思路来画回溯算法的决策树：

1）思路一

每一次做选择时，是从当前节点元素在 nums 后面的元素中选一个加入到路径中。在遍历这个决策树时，每一步都将其加入到结果集中，就可以得到所有的子集了。

2）思路二

决策树的第 i 层所做的选择是：nums[i] 是否使用。然后叶子节点就对应了一个结果集中的答案。决策树如下：

这里看一下两种思路的代码：

• 思路一代码：

class Solution {

    private List<List<Integer>> result;

    private static List<Boolean> choices = List.of(false, true);

    private void backtrace(List<Integer> path, int[] nums, int start) {
        result.add(new ArrayList<>(path));
        for (int i = start; i < nums.length; i++) {
            path.addLast(nums[i]);
            backtrace(path, nums, i + 1);
            path.removeLast();
        }
    }

    public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
        result = new ArrayList<>();
        backtrace(new ArrayList<>(), nums, 0);
        return result;
    }
}

• 思路二代码：

class Solution {

    private List<List<Integer>> result;

    private static List<Boolean> choices = List.of(false, true);

    private void backtrace(List<Integer> path, int[] nums, int level) {
        if (level == nums.length) {
            result.add(new ArrayList<>(path));
            return;
        }

        // 遍历选择列表
        for (var choice: choices) {
            int num = nums[level];
            if (choice) {
                path.addLast(num);
                backtrace(path, nums, level + 1);
                path.removeLast();
            } else {
                backtrace(path, nums, level + 1);
            }
        }
    }

    public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
        result = new ArrayList<>();
        
        if (nums.length == 0) {
            return List.of(Collections.emptyList());
        }
        
        backtrace(new ArrayList<>(), nums, 0);

        return result;
    }
}