回溯算法——五大常用算法之一

1.概念

    回溯算法实际上一个类似枚举的搜索尝试过程,主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解,当发现已不满足求解条件时,就“回溯”返回到上一步还能执行的状态,尝试别的路径。
    类似于走迷宫一样,假设我们到了每一个岔路口都规定,除了走过的地方,按照先往上走到底,如果不能走,在退回到上一个岔路口,走左边,如果不行再走右边,如果不行再走下面。每次退回就是每次的回溯,所以回溯法要保存每一次的状态。
    还有排列组合问题,也是回溯法的思想,123和456随机组合,我们就可以使用递归,每当组合长度等于2就回溯到上一步看看能不能再组合别的。

    回溯法也是一种选优搜索法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的技术为回溯法,而满足回溯条件的某个状态的点称为“回溯点”。
     许多复杂的,规模较大的问题都可以使用回溯法,有“通用解题方法”的美称。

2、基本思想

   其实就是深度优先搜索的策略,从根结点出发深度探索。当探索到某一结点时,要先判断该结点是否包含问题的解,如果包含,就从该结点出发继续探索下去,如果该结点不包含问题的解,则逐层向其祖先结点回溯。
   若用回溯法求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有可行的子树都要已被搜索遍才结束。
   就比如我要求123和456的随机组合,看下面这段java代码:
	public static StringBuffer s = new StringBuffer();
	public static StringBuffer str = new StringBuffer();
	public static void zuhe(int[][] arr, int n) {
		if (n==arr.length) {
			s.append(str+"\n");//如果长度到达了组合长度,就加在总字符串里
			return;
		}
		//继续遍历下一行的每一个值,每加入一个进str,然后进行下一行
		for (int i = 0; i < arr[n].length; i++) {
			str.append(String.valueOf(arr[n][i]));
			zuhe(arr, n+1);
			//上一次完成了,回溯到当前层,需要删掉最后面那个添加下一次循环到的值
			str.deleteCharAt(str.length() - 1);
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		int[][] arr = new int[][] {
			{1,2,3},{4,5,6}
		};
		zuhe(arr, 0);
		System.out.println(s);
	}

   而若使用回溯法求任一个解时,只要搜索到问题的一个解就可以结束。
3、用回溯法解题的一般步骤:
    (1)针对所给问题,确定问题的解空间:
          首先应明确定义问题的解空间,问题的解空间应至少包含问题的一个(最优)解。
    (2)确定结点的扩展搜索规则
    (3)以深度优先方式搜索解空间,并在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索。
4、经典例题:

(1)电话号码随机组合:电话号码随机组合——回溯算法

    给定一个仅包含数字 2-9 的字符串,返回所有它能表示的字母组合。给出数字到字母的映射如下(与电话按键相同)。注意 1 不对应任何字母。

(2)生成括号——回溯算法

给出 n 代表生成括号的对数,请你写出一个函数,使其能够生成所有可能的并且有效的括号组合。

(3)全排序——回溯算法

给定一个没有重复数字的序列,返回其所有可能的全排列。

(4)子集(幂集)——回溯算法

给定一组不含重复元素的整数数组 nums,返回该数组所有可能的子集(幂集)。

(5)单词搜索——回溯算法

    给定一个二维网格和一个单词,找出该单词是否存在于网格中。

单词必须按照字母顺序,通过相邻的单元格内的字母构成,其中“相邻”单元格是那些水平相邻或垂直相邻的单元格。同一个单元格内的字母不允许被重复使用。




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