【算法攻坚】回溯括号

226 阅读2分钟

这是我参与11月更文挑战的第21天,活动详情查看:2021最后一次更文挑战

今日题目

数字 n 代表生成括号的对数,请设计一个函数,用于能够生成所有可能的并且 有效的 括号组合。

有效括号组合需满足:左括号必须以正确的顺序闭合。

示例 1:

输入:n = 3 输出:["((()))","(()())","(())()","()(())","()()()"]

示例 2:

输入:n = 1 输出:["()"]

提示:

1 <= n <= 8

思路

这道题其实还是挺有难度的,从头开始看下问题:数字 n 代表生成括号的对数,设计一个函数用于能够生成所有可能的并且有效的括号组合。

可以从另一个角度看成现有 2n 个空位,每个空位可以放置字符 '(' 或者 ')',组成的所有括号组合中,有多少是合法的。

这个每个空位都判断一下也就是回溯法算在一个决策树的遍历过程,所以考虑用回溯算法实现:

  1. 第一步确定路径:也就是已经做出的选择

  2. 第二步选择列表:也就是当前可以做的选择。

  3. 第三步确定结束条件:也就是到达决策树底层(选择列表为空的时候),无法再做出选择的条件。

我们再看下一题目要求,对于符合条件的括号,必然包含的条件就是左括号和右括号数量是相等的,而且左括号必然在前面更早的位置出现,也就是说对于一个 "合法" 的括号字符串 s,必然对于任何 0 <= i < len(s) 都有:子串 s[0, i]中左括号的数量都大于或等于右括号的数量。

对于 2n个位置,必然有 n 个左括号和 n 个右括号,通过两个计数器来统计左右括号的个数,其中用 left 记录还可以使用多少个左括号,用right 记录还可以使用多少个右括号。

对于n个括号,left和right的初始值均为n,然后依次减少。

如果在该层添加了一个左括号,即 curStr + "("并且在下一层满足了结束条件,此时回溯到上一层时,当前的括号字符串仍为 curStr为没有添加 "(" 之前的括号字符串,判断其他的方式是否满足,回退重新选择,然后继续判断可使用的右括号的数量是否大于零,即 right > 0则 curStr + ")",然后继续判断。

如果当前遍历的还可以使用的左括号数 > 还可以使用的右括号数,即 left > right 此时一定不可能生成一个 符合条件的括号字符串,直接回溯到上一层即可。

if (left < 0 || right < 0 || left > right){
     return ;
}

判断的过程中需要依次把left和right拿出来比较,看是否满足条件

如果left > 0,则尝试添加一个左括号;

如果right > 0,则尝试添加一个右括号。

// 添加一个左括号
if (left > 0) {
    trackback(left - 1, right, curStr + "(");
}

// 添加一个右括号
if (right > 0) {
    trackback(left, right - 1, curStr + ")");
}

定义什么时候结束,结束的时候必然是计数器都为0的时候,也就是可以使用的左括号数和右括号数同时为 0时,则表示当前的括号字符串 "合法",将其添加到 结果 集合后,回溯到上一层即可。

代码实现

List<String> res = new ArrayList<>();

public List<String> generateParenthesis(int n) {
    String curStr = "";
    trackback(n, n, curStr);
    return res;
}

public void trackback(int left, int right, String curStr) {
    if (left == 0 && right == 0) {
        res.add(curStr);
        return;
    }

    if (left < 0 || right < 0 || left > right) {
        return;
    }
    // 添加一个左括号
    if (left > 0) {
        trackback(left - 1, right, curStr + "(");
    }

    // 添加一个右括号
    if (right > 0) {
        trackback(left, right - 1, curStr + ")");
    }
}

执行用时:1 ms, 在所有 Java 提交中击败了74.05%的用户

内存消耗:38.2 MB, 在所有 Java 提交中击败了93.78%的用户