day158—回溯—全排列(LeetCode-46)

题目描述

给定一个不含重复数字的数组 nums ,返回其 所有可能的全排列 。你可以 按任意顺序 返回答案。

示例 1:

复制代码
输入:nums = [1,2,3]
输出:[[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]

示例 2:

复制代码
输入:nums = [0,1]
输出:[[0,1],[1,0]]

示例 3:

复制代码
输入:nums = [1]
输出:[[1]]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 6
  • -10 <= nums[i] <= 10
  • nums 中的所有整数 互不相同

解决方案:

这段代码的核心功能是生成一个数组的所有全排列(即所有元素的不同排列组合,无重复、无遗漏),采用「按位置填数 + 集合控重 + 回溯」的思路实现,整体逻辑清晰且贴合 C++ 类编程风格。

核心逻辑

  1. 成员变量作用

    • ans:最终结果数组,存储所有生成的全排列;
    • path:临时路径数组,按位置存储当前正在构造的排列(长度固定为数组长度n);
    • n:输入数组的长度,标记需要填充的位置总数。
  2. 递归函数 dfs 逻辑

    • 参数说明:
      • i:表示当前要填充path的第i个位置(从 0 开始);
      • s:当前可选的数字集合(保证每个位置选的数未被使用过)。
    • 终止条件:当i == n时,说明path的所有位置已填充完毕,此时path是一个完整的排列,将其加入ans后返回;
    • 核心流程(按位填数 + 集合控重):① 遍历当前可选集合s中的所有数字x;② 将x填入path的第i个位置;③ 构造新集合new_s(复制s并删除x),保证下一个位置不会重复选x;④ 递归调用dfs(i+1, new_s),填充下一个位置;⑤ 无需显式回溯(集合是值传递,新集合不影响原集合,天然实现 "选 / 不选" 的分支隔离)。
  3. 主函数 permute

    • 初始化:记录数组长度n、调整path长度为n、清空ans避免残留;
    • 构造初始集合:将输入数组nums的所有元素存入init_set,作为初始可选数字;
    • 启动递归:从第 0 个位置开始调用dfs,最终返回存储所有全排列的ans

关键特点

  • 控重逻辑:通过unordered_set的 "选数后删除" 机制,保证每个位置的数字唯一,避免生成重复排列;
  • 路径管理:path按位置填充,长度固定为n,无需频繁增删,仅通过赋值更新当前位置的数字;
  • 集合值传递:s作为值参数传递,每次递归的集合都是独立拷贝,天然实现回溯(无需手动恢复集合状态)。

总结

  1. 核心思路:按位置逐个填充数字,用集合控制每个位置选 "未使用过的数字",递归遍历所有可能的填充组合;
  2. 关键操作:集合的 "拷贝 + 删除" 是控重核心,path按位赋值是路径构造核心;
  3. 功能效果:能生成输入数组的所有全排列,无重复、无遗漏,时间复杂度为O(n!)(全排列的最优复杂度)。

以输入nums=[1,2]为例,最终会生成[[1,2],[2,1]],完全符合全排列的定义。

函数源码:

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    // 类内成员变量:保存结果和当前路径
    vector<vector<int>> ans={};
    vector<int> path={};
    int n; // 数组长度

    void dfs(int i,unordered_set<int>s){
        if (i == n) { // 所有位置填充完毕,保存结果
            ans.push_back(path);
            return;
        }
        // 遍历当前可选的所有数字
        for (int x : s) {
            path[i] = x; // 第i个位置填入数字x
            // 构造新集合:移除已选的x
            unordered_set<int> new_s = s;
            new_s.erase(x);
            dfs(i + 1, new_s); // 递归填充下一个位置
        }
    }

    vector<vector<int>> permute(vector<int>& nums) {
        n = nums.size();
        path.resize(n); // 初始化路径数组
        ans.clear();    // 清空结果(避免多次调用时残留)
        
        // 构造初始可选集合:包含nums所有元素
        unordered_set<int> init_set(nums.begin(), nums.end());
        // 调用辅助函数:从第0个位置开始填充
        dfs(0, init_set);
        
        return ans;
    }
};
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