二刷算法训练营Day30 | 回溯算法(6/6)

详细布置：

[1. 回溯总结](#1. 回溯总结)

[2. 332. 重新安排行程](#2. 332. 重新安排行程)

[3. 51. N 皇后](#3. 51. N 皇后)

[4. 37. 解数独](#4. 37. 解数独)

详细布置：

1. 回溯总结

回溯是递归的副产品，只要有递归就会有回溯，所以回溯法也经常和二叉树遍历，深度优先搜索混在一起，因为这两种方式都是用了递归。

回溯法就是暴力搜索，并不是什么高效的算法，最多再剪枝一下。

回溯算法能解决如下问题：

组合问题：N个数里面按一定规则找出k个数的集合
排列问题：N个数按一定规则全排列，有几种排列方式
切割问题：一个字符串按一定规则有几种切割方式
子集问题：一个N个数的集合里有多少符合条件的子集
棋盘问题：N皇后，解数独等等

详细总结可以移步代码随想录：回溯总结- 代码随想录

2. 332. 重新安排行程

给你一份航线列表 tickets ，其中 tickets[i] = [fromi, toi] 表示飞机出发和降落的机场地点。请你对该行程进行重新规划排序。

所有这些机票都属于一个从 JFK（肯尼迪国际机场）出发的先生，所以该行程必须从 JFK 开始。如果存在多种有效的行程，请你按字典排序返回最小的行程组合。

例如，行程 ["JFK", "LGA"] 与 ["JFK", "LGB"] 相比就更小，排序更靠前。

假定所有机票至少存在一种合理的行程。且所有的机票必须都用一次且只能用一次。

直觉上来看这道题和回溯法没有什么关系，更像是图论中的深度优先搜索。

实际上确实是深搜，但这是深搜中使用了回溯的例子，在查找路径的时候，如果不回溯，怎么能查到目标路径呢。

所以我倾向于说本题应该使用回溯法，那么我也用回溯法的思路来讲解本题，其实深搜一般都使用了回溯法的思路，在图论系列中我会再详细讲解深搜。

这里就是先给大家拓展一下，原来回溯法还可以这么玩！

这道题目有几个难点：

一个行程中，如果航班处理不好容易变成一个圈，成为死循环
有多种解法，字母序靠前排在前面，让很多同学望而退步，如何该记录映射关系呢？
使用回溯法（也可以说深搜）的话，那么终止条件是什么呢？
搜索的过程中，如何遍历一个机场所对应的所有机场。

python 复制代码

from collections import defaultdict

class Solution:
    def findItinerary(self, tickets):
        targets = defaultdict(list)  # 创建默认字典，用于存储机场映射关系
        for ticket in tickets:
            targets[ticket[0]].append(ticket[1])  # 将机票输入到字典中
        
        for key in targets:
            targets[key].sort(reverse=True)  # 对到达机场列表进行字母逆序排序
        
        result = []
        self.backtracking("JFK", targets, result)  # 调用回溯函数开始搜索路径
        return result[::-1]  # 返回逆序的行程路径
    
    def backtracking(self, airport, targets, result):
        while targets[airport]:  # 当机场还有可到达的机场时
            next_airport = targets[airport].pop()  # 弹出下一个机场
            self.backtracking(next_airport, targets, result)  # 递归调用回溯函数进行深度优先搜索
        result.append(airport)  # 将当前机场添加到行程路径中

3. 51. N 皇后

按照国际象棋的规则，皇后可以攻击与之处在同一行或同一列或同一斜线上的棋子。

n 皇后问题 研究的是如何将 n 个皇后放置在 n×n 的棋盘上，并且使皇后彼此之间不能相互攻击。

给你一个整数 n ，返回所有不同的 n皇后问题 的解决方案。

每一种解法包含一个不同的 n 皇后问题 的棋子放置方案，该方案中 'Q' 和 '.' 分别代表了皇后和空位。

4. 37. 解数独

编写一个程序，通过填充空格来解决数独问题。

数独的解法需遵循如下规则：

数字 1-9 在每一行只能出现一次。

数字 1-9 在每一列只能出现一次。

数字 1-9 在每一个以粗实线分隔的 3x3 宫内只能出现一次。（请参考示例图）

数独部分空格内已填入了数字，空白格用 '.' 表示。

N皇后问题是因为每一行每一列只放一个皇后，只需要一层for循环遍历一行，递归来遍历列，然后一行一列确定皇后的唯一位置。

本题就不一样了，本题中棋盘的每一个位置都要放一个数字（而N皇后是一行只放一个皇后），并检查数字是否合法，解数独的树形结构要比N皇后更宽更深。

python 复制代码

class Solution:
    def solveSudoku(self, board: List[List[str]]) -> None:
        """
        Do not return anything, modify board in-place instead.
        """
        self.backtracking(board)

    def backtracking(self, board: List[List[str]]) -> bool:
        # 若有解，返回True；若无解，返回False
        for i in range(len(board)): # 遍历行
            for j in range(len(board[0])):  # 遍历列
                # 若空格内已有数字，跳过
                if board[i][j] != '.': continue
                for k in range(1, 10):
                    if self.is_valid(i, j, k, board):
                        board[i][j] = str(k)
                        if self.backtracking(board): return True
                        board[i][j] = '.'
                # 若数字1-9都不能成功填入空格，返回False无解
                return False
        return True # 有解

    def is_valid(self, row: int, col: int, val: int, board: List[List[str]]) -> bool:
        # 判断同一行是否冲突
        for i in range(9):
            if board[row][i] == str(val):
                return False
        # 判断同一列是否冲突
        for j in range(9):
            if board[j][col] == str(val):
                return False
        # 判断同一九宫格是否有冲突
        start_row = (row // 3) * 3
        start_col = (col // 3) * 3
        for i in range(start_row, start_row + 3):
            for j in range(start_col, start_col + 3):
                if board[i][j] == str(val):
                    return False
        return True