一、回溯法
1.回溯法简介
回溯法一般使用 ** DFS(深度优先搜索) ** 实现,DFS是一种遍历或搜索图、树或图像等数据结构的算法,当然这个图、树未必要存储下来(隐式处理就是回溯法),常见的是通过某种关系构造出的搜索树,搜索树一般是排列型搜索树(总节点个数一般为n!级别)和子集型搜索树(总节点个数一般为2^n级别)。
排列型就是每次枚举选哪个,子集型就是对于每一个元素选或不选(结果与顺序无关)DFS从起始节点开始,沿着一条路径尽可能深入地搜索(一条路走到黑),直到无法继续为止,然后回溯到前一个节点,继续探索其他路径,直到遍历完整个图或树。DFS使用栈或递归来管理节点的遍历顺序,一般使用递归。
很多时候DFS和回溯法不必过度区分。
2.排列树图解
== 求一到三的全排列 ==
如上图中,遍历到底部变成了 123,如果没有可以继续走的路,就返回起点,然后判断是否有其他路径可以走,遍历完决策树中所有情况后,就暴搜出了所有情况。
3.回溯法模板
这是一个排列型搜索树,实际上的回溯法比较灵活,需要根据题意要求来具体分析。
vis[]表示数字i是否使用过,也经常被用于表示某个元素是否使用过。
al]存放结果,当dep深度=n+1时说明n层都已经算完了,直接输出结果。
子集型搜索树模板结构类似,就是在往下走时候只有两条边,表示"选或不选当前这个元素"
//求1~n的全排列
int a[N];
bool vis[N];
void dfs(int dep)
{
if(dep == n+ 1)
{
for(int i = l;i <= n; ++ i)
cout << a[i]<< ' ';
cout <<'\n';
return;
}
for(int i = 1;i <= n; ++ i)
{
//排除不合法的路径
if(vis[i])continue;
//修改状态
vis[i] = true;
a[dep] = i;
//下一层
dfs(dep + 1);
//恢复现场
vis[i] = false;
//a[dep] = 0 可以省略
}
}
二、记忆化搜素
1.记忆化介绍
就是将搜索过程中会重复计算且结果相同的部分保存下来,作为一个状态,下次访问到这个状态时直接将这个子搜索的结果返回,而不需要再重新算一遍。
通常会使用数组或map来进行记忆化,下标一般和dfs的参数表对应。
注意使用记忆化需要保证重复计算的结果是相同的,否则可能产生数据失真。
2.斐波那契数列
例题:设F[1]=1,F[2]=1,F[n]=F[n-1]+ F[n-2],求F[n],结果对1e9+ 7取模1<=n <= 10000
样例输入:
5000
样例输出:
976496506
如果直接采用递归来做,时间复杂度将接近O(2^n),但是我们会发现有大部分的重复计算,比如Fn2]在求F|n]的时候算过,在求F|n-1]的时候又被算了一次,而F[1]计算次数更多了,但它们在重多的时候的结果是相同的,所以可以采用记忆化(也叫带备忘录的搜索)。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
using ll=long long;
const ll p = 1e9 + 7;
const int inf = 1e9, N = 1e5 + 3;
ll dp[N];
ll f(int n)
{
if(n<= 2)return 1;
if(dp[n]!= -1)return dp[n];
return dp[n]= (f(n - 1)+ f(n - 2))% p;
}
int main()
{
memset(dp, -1,sizeof dp);
int n;
cin >> n;
cout <<f(n)<< '\n';
return 0;
}
三、剪枝
1.剪枝介绍
其实就是将搜索过程当中一些不必要的部分直接剔除掉,因为搜索过程构成了一棵树,剔除不必要的部分,就像是在树上将树枝剪掉,故名剪枝。剪枝是回溯法的一种重要优化手段,方法往往先写一个暴力搜索,然后找到某些特殊的数学关系,或者逻辑关系,通过它们的约束让搜索树尽可能浅而小,从而达到降低时间复杂度的目的。
一般来说,剪枝的复杂度难以计算。
2.代码例题-特殊的三角形
假设一个三角形三条边为 a、b、c。定文该三角形的值p= axbx c。现在有(个间问,每个词问给定一个区问,,同有多少个三条边都不相等的三角形的值,在该区同范围内。
== 解题思路 ==
不妨规定我们构造出的3元组是递增的,那么在搜索过程中我们就可以通过计算得到当前这个位置的上限(剪枝的关键)dfs过程中记录乘积,因为乘得越多数字越大,当乘积
mul>1e6时直接返回(乘积很容易就超过1e5,数字较大时层数就两三层)。
同时还能记录一下n-1条边的长度和sum,最后一条边必须小Fsum。
最后用前缀和快速进行区间查询。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 1e6 + 9;
int cnt [N], prefix[N];
void dfs(int dep, int st, int mul, int sum)
{
//剪枝
if(mul > 1e6)
return;
if(dep =4)
{
cnt[mul] ++;
return;
}
int up = pow(1e6 / mul, 1.0 / (4 - dep)) + 3;
for(int i = st + 1;i < (dep == 3 ? sum : up);++i)
{
dfs(dep + 1,i, mul + i, sum + i);
}
}
int main()
{
dfs(1,0,1,0);
for(int i = 1; i <= 1e6; ++i)
prefix[i - 1]+ cnt[i];
int q;cin >> q;
while (q --)
{
int l,r;
cin >> l >> r;
cout << prefix[r]- prefix[i - 1] << '\n';
}
return 0;
}