【算法25天:Day25】第七章回溯算法 LeetCode 组合总和III(216)

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题目一:

image.png

解法一:(回溯)

解题思路:有了组合问题(77)的经验,这道题自己大致写出来了,只不过有个别地方没处理好。

本题k相当于了树的深度,9(因为整个集合就是9个数)就是树的宽度。

例如 k = 2,n = 4的话,就是在集合[1,2,3,4,5,6,7,8,9]中求 k(个数) = 2, n(和) = 4的组合。

选取过程如图:

image.png

图中,可以看出,只有最后取到集合(1,3)和为4 符合条件。

回溯三部曲

  • 确定递归函数参数

77. 组合 (opens new window)一样,依然需要一维数组path来存放符合条件的结果,二维数组result来存放结果集。

这里我依然定义path 和 result为全局变量。

至于为什么取名为path?从上面树形结构中,可以看出,结果其实就是一条根节点到叶子节点的路径。

let result = [] // 存放结果集
let path = [] // 符合条件的结果

接下来还需要如下参数:

  • targetSum目标和,也就是题目中的n。
  • k就是题目中要求k个数的集合。
  • sum为已经收集的元素的总和,也就是path里元素的总和。
  • startIndex为下一层for循环搜索的起始位置。

所以代码如下:

let result = [] // 存放结果集
let path = [] // 符合条件的结果
const backtracking = (k, n, statIndex, sum)

其实这里sum这个参数也可以省略,每次n减去选取的元素数值,然后判断如果targetSum为0了,说明收集到符合条件的结果了,这里为了直观便于理解,还是加一个sum参数。

还要强调一下,回溯法中递归函数参数很难一次性确定下来,一般先写逻辑,需要啥参数了,填什么参数。

  • 确定终止条件

什么时候终止呢?

在上面已经说了,k其实就已经限制树的深度,因为就取k个元素,树再往下深了没有意义。

所以如果path.length 和 k相等了,就终止。

如果此时path里收集到的元素和(sum) 和targetSum(就是题目描述的n)相同了,就用result收集当前的结果。

所以 终止代码如下:

if (path.length == k) {
    if (sum == targetSum) result.push(path);
    return; // 如果path.length == k 但sum != targetSum 直接返回 
}
  • 单层搜索过程

本题和77. 组合 (opens new window)区别之一就是集合固定的就是 9 个数 [1,...,9],所以 for 循环固定 i <= 9

如图: 216.组合总和III

处理过程就是 path收集每次选取的元素,相当于树型结构里的边,sum来统计path里元素的总和。

代码如下:

for (let i = statIndex; i <= 9; i++) {
    path.push(i)
    sum += i
    backtracking(k, n, i + 1, sum)
    path.pop() // 回溯
    sum -= i // 回溯
}

别忘了处理过程 和 回溯过程是一一对应的,处理有加,回溯就要有减!

整体代码:

var combinationSum3 = function(k, n) {
    let result = []
    let path = []
    let sum = 0
    const backtracking = (k, n, statIndex, sum) => {
        if (k === path.length) { 
            if (sum === n) {
                result.push([...path])
            }
            return 
        }
        for (let i = statIndex; i <= 9; i++) {
            path.push(i)
            sum += i
            backtracking(k, n, i + 1, sum)
            path.pop()
            sum -= i
        }
    }
    backtracking(k, n, 1, 0)
    return result
};

剪枝

image.png

已选元素总和如果已经大于n(图中数值为4)了,那么往后遍历就没有意义了,直接剪掉。

那么剪枝的地方一定是在递归终止的地方剪,剪枝代码如下:

if (sum > targetSum) { // 剪枝操作
    return;
}

回溯算法:组合问题再剪剪枝 (opens new window)一样,for循环的范围也可以剪枝,i <= 9 - (k - path.length)) + 1就可以了。

整体代码:

var combinationSum3 = function(k, n) {
    let result = []
    let path = []
    let sum = 0
    const backtracking = (k, n, statIndex, sum) => {
        if (sum > n) {
            return 
        }
        if (k === path.length) { 
            if (sum === n) {
                result.push([...path])
            }
            return 
        }
        for (let i = statIndex; i <= 9 - (k - path.length) + 1; i++) {
            path.push(i)
            sum += i
            backtracking(k, n, i + 1, sum)
            path.pop()
            sum -= i
        }
    }
    backtracking(k, n, 1, 0)
    return result
};