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算法笔记——回溯算法基本原理

什么是回溯算法

回溯法也称回溯搜索法,它是一种搜索的方式。在递归中我们常听到回溯这个操作,其实回溯就是递归中的一个子过程,只要有递归就会有回溯。回溯法并不是什么高效的算法,而是对于一些暴力算法都无法解决的问题,就必须使用回溯法对所有可能的结果进行穷举。因此,回溯算法本身的效率是不高的,顶多使用剪枝对其一些不必要的子过程进行修剪。

回溯算法能够解决的问题

一般来说,主要使用回溯算法解决如下几类问题:

  1. 组合问题:N个元素中按一定规则找出K个元素的集合(不考虑顺序)
  2. 切割问题:一个字符串按一定规则有多少种切割的方式
  3. 子集问题:一个N个元素的集合有多少符合条件的子集(不考虑顺序)
  4. 排列问题:N个元素按一定规则全排列,有几种排列方式(考虑顺序)
  5. 棋盘问题:N皇后,解数独等等 由此可知,回溯法解决的问题都可以抽象为树形结构。因为回溯法解决的都是在集合中递归查找子集,集合的大小就构成了树的宽度,递归的深度,都构成的树的深度。而递归就要有终止条件,所以必然是⼀棵高度有限的树(N叉树)。 alt text

回溯算法模板

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void back_tracking(参数) {
    if (终⽌条件) {
        存放结果;
        return;
    }
    for (选择:本层集合中元素(树中节点孩⼦的数量就是集合的⼤⼩)) {
        处理节点;
        backtracking(路径,选择列表); // 递归
        回溯,撤销处理结果
    }
}

在回溯算法中一般包含两个主要模块,首先是当回溯算法搜索到叶子结点时,就找到了满足条件的一个答案,需要把这个答案存放起来结束本层递归。其次,在前文中提到集合的大小决定了树的宽度。因此for循环就是在遍历当前集合中有多少个子集合(子结点)。后面将结合具体题目对以上模板进行详细解释。

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