每天学一个算法--回溯算法(Backtracking)

📘 教案 12:回溯算法(Backtracking · 从暴力到剪枝)


1️⃣ 问题定义

回溯用于解决一类问题:

在所有可能方案中,寻找满足条件的解


典型问题

  • 排列 / 组合
  • 子集问题
  • N 皇后
  • 数独
  • 路径搜索

2️⃣ 核心思想


回溯 = 系统枚举 + 条件剪枝


本质拆解

  • 枚举所有可能(暴力)
  • 在过程中排除不合法路径(剪枝)

3️⃣ 回溯的结构模型(最重要)


树形结构(必须理解)

text 复制代码
            []
        /    |    \
      [1]   [2]   [3]
     /   \
 [1,2]  [1,3]

👉 每一条路径 = 一个方案


4️⃣ 回溯模板(核心)


python 复制代码
def backtrack(path, choices):

    if 满足条件:
        保存结果
        return

    for 选择 in choices:

        做选择

        backtrack(path, 剩余选择)

        撤销选择

三个关键动作


1️⃣ 做选择

2️⃣ 递归

3️⃣ 撤销选择(回溯)


👉 这三步必须成对出现


5️⃣ 示例1:全排列(最经典)


问题:

text 复制代码
[1,2,3]

求所有排列


解:

python 复制代码
def backtrack(path):

    if len(path) == n:
        res.append(path[:])
        return

    for num in nums:
        if num 已使用:
            continue

        path.append(num)
        标记使用

        backtrack(path)

        撤销使用
        path.pop()

6️⃣ 示例2:子集问题


问题:

text 复制代码
[1,2,3]

求所有子集


关键区别

👉 每个节点都是答案


python 复制代码
def backtrack(start):

    res.append(path[:])

    for i in range(start, n):
        path.append(nums[i])

        backtrack(i+1)

        path.pop()

7️⃣ 示例3:N 皇后(重要)


规则:

  • 每行一个皇后
  • 不能同列
  • 不能对角线

状态:

text 复制代码
row, col, 对角线

本质:

👉 在棋盘上逐行尝试


8️⃣ 剪枝(关键优化)


什么是剪枝?

提前终止不可能的路径


示例:

text 复制代码
当前和已经 > target

👉 不用继续


本质:

减少搜索空间


9️⃣ 回溯 vs 动态规划


项目 回溯 DP
思路 枚举所有 记忆优化
复杂度 高 较低
是否剪枝 有 无

10️⃣ 时间复杂度


通常:

O(指数级)\]\[ O(指数级) \]\[O(指数级)


👉 但剪枝后会下降


常见错误


❌ 错误1:忘记撤销选择

👉 状态污染


❌ 错误2:条件写错

👉 多算 / 少算


❌ 错误3:不会剪枝

👉 变成纯暴力


回溯问题分类


类型 示例
排列 全排列
组合 组合数
子集 子集
棋盘问题 N皇后
路径问题 迷宫

回溯的本质总结


回溯不是"乱试",而是:

在树上进行有控制的搜索


一句话教学总结


回溯 =

👉 "尝试所有可能"

👉 + "不行就回退"

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