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2023-11-09 05:13:48 +08:00
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commit 0105644232
83 changed files with 516 additions and 509 deletions

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@@ -206,7 +206,7 @@ comments: true
[class]{}-[func]{preOrder}
```
![在前序遍历中搜索节点](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_nodes.png)
![在前序遍历中搜索节点](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_nodes.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-1 &nbsp; 在前序遍历中搜索节点 </p>
@@ -477,37 +477,37 @@ comments: true
观察图 13-2 所示的过程,**我们可以将尝试和回退理解为“前进”与“撤销”**,两个操作是互为逆向的。
=== "<1>"
![尝试与回退](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step1.png)
![尝试与回退](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step1.png){ class="animation-figure" }
=== "<2>"
![preorder_find_paths_step2](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step2.png)
![preorder_find_paths_step2](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step2.png){ class="animation-figure" }
=== "<3>"
![preorder_find_paths_step3](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step3.png)
![preorder_find_paths_step3](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step3.png){ class="animation-figure" }
=== "<4>"
![preorder_find_paths_step4](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step4.png)
![preorder_find_paths_step4](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step4.png){ class="animation-figure" }
=== "<5>"
![preorder_find_paths_step5](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step5.png)
![preorder_find_paths_step5](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step5.png){ class="animation-figure" }
=== "<6>"
![preorder_find_paths_step6](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step6.png)
![preorder_find_paths_step6](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step6.png){ class="animation-figure" }
=== "<7>"
![preorder_find_paths_step7](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step7.png)
![preorder_find_paths_step7](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step7.png){ class="animation-figure" }
=== "<8>"
![preorder_find_paths_step8](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step8.png)
![preorder_find_paths_step8](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step8.png){ class="animation-figure" }
=== "<9>"
![preorder_find_paths_step9](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step9.png)
![preorder_find_paths_step9](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step9.png){ class="animation-figure" }
=== "<10>"
![preorder_find_paths_step10](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step10.png)
![preorder_find_paths_step10](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step10.png){ class="animation-figure" }
=== "<11>"
![preorder_find_paths_step11](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step11.png)
![preorder_find_paths_step11](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_paths_step11.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-2 &nbsp; 尝试与回退 </p>
@@ -781,7 +781,7 @@ comments: true
剪枝是一个非常形象的名词。如图 13-3 所示,在搜索过程中,**我们“剪掉”了不满足约束条件的搜索分支**,避免许多无意义的尝试,从而提高了搜索效率。
![根据约束条件剪枝](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_constrained_paths.png)
![根据约束条件剪枝](backtracking_algorithm.assets/preorder_find_constrained_paths.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-3 &nbsp; 根据约束条件剪枝 </p>
@@ -1657,7 +1657,7 @@ comments: true
根据题意,我们在找到值为 $7$ 的节点后应该继续搜索,**因此需要将记录解之后的 `return` 语句删除**。图 13-4 对比了保留或删除 `return` 语句的搜索过程。
![保留与删除 return 的搜索过程对比](backtracking_algorithm.assets/backtrack_remove_return_or_not.png)
![保留与删除 return 的搜索过程对比](backtracking_algorithm.assets/backtrack_remove_return_or_not.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-4 &nbsp; 保留与删除 return 的搜索过程对比 </p>

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@@ -7,7 +7,7 @@ icon: material/map-marker-path
<div class="center-table" markdown>
![回溯](../assets/covers/chapter_backtracking.jpg){ width="600" }
![回溯](../assets/covers/chapter_backtracking.jpg){ class="cover-image" }
</div>

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@@ -10,13 +10,13 @@ comments: true
如图 13-15 所示,当 $n = 4$ 时,共可以找到两个解。从回溯算法的角度看,$n \times n$ 大小的棋盘共有 $n^2$ 个格子,给出了所有的选择 `choices` 。在逐个放置皇后的过程中,棋盘状态在不断地变化,每个时刻的棋盘就是状态 `state`
![4 皇后问题的解](n_queens_problem.assets/solution_4_queens.png)
![4 皇后问题的解](n_queens_problem.assets/solution_4_queens.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-15 &nbsp; 4 皇后问题的解 </p>
图 13-16 展示了本题的三个约束条件:**多个皇后不能在同一行、同一列、同一对角线**。值得注意的是,对角线分为主对角线 `\` 和次对角线 `/` 两种。
![n 皇后问题的约束条件](n_queens_problem.assets/n_queens_constraints.png)
![n 皇后问题的约束条件](n_queens_problem.assets/n_queens_constraints.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-16 &nbsp; n 皇后问题的约束条件 </p>
@@ -28,7 +28,7 @@ comments: true
如图 13-17 所示,为 $4$ 皇后问题的逐行放置过程。受画幅限制,图 13-17 仅展开了第一行的其中一个搜索分支,并且将不满足列约束和对角线约束的方案都进行了剪枝。
![逐行放置策略](n_queens_problem.assets/n_queens_placing.png)
![逐行放置策略](n_queens_problem.assets/n_queens_placing.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-17 &nbsp; 逐行放置策略 </p>
@@ -44,7 +44,7 @@ comments: true
同理,**次对角线上的所有格子的 $row + col$ 是恒定值**。我们同样也可以借助数组 `diags2` 来处理次对角线约束。
![处理列约束和对角线约束](n_queens_problem.assets/n_queens_cols_diagonals.png)
![处理列约束和对角线约束](n_queens_problem.assets/n_queens_cols_diagonals.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-18 &nbsp; 处理列约束和对角线约束 </p>

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@@ -32,7 +32,7 @@ comments: true
如图 13-5 所示,我们可以将搜索过程展开成一个递归树,树中的每个节点代表当前状态 `state` 。从根节点开始,经过三轮选择后到达叶节点,每个叶节点都对应一个排列。
![全排列的递归树](permutations_problem.assets/permutations_i.png)
![全排列的递归树](permutations_problem.assets/permutations_i.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-5 &nbsp; 全排列的递归树 </p>
@@ -45,7 +45,7 @@ comments: true
如图 13-6 所示,假设我们第一轮选择 1 ,第二轮选择 3 ,第三轮选择 2 ,则需要在第二轮剪掉元素 1 的分支,在第三轮剪掉元素 1 和元素 3 的分支。
![全排列剪枝示例](permutations_problem.assets/permutations_i_pruning.png)
![全排列剪枝示例](permutations_problem.assets/permutations_i_pruning.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-6 &nbsp; 全排列剪枝示例 </p>
@@ -481,7 +481,7 @@ comments: true
如图 13-7 所示,上述方法生成的排列有一半都是重复的。
![重复排列](permutations_problem.assets/permutations_ii.png)
![重复排列](permutations_problem.assets/permutations_ii.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-7 &nbsp; 重复排列 </p>
@@ -495,7 +495,7 @@ comments: true
本质上看,**我们的目标是在某一轮选择中,保证多个相等的元素仅被选择一次**。
![重复排列剪枝](permutations_problem.assets/permutations_ii_pruning.png)
![重复排列剪枝](permutations_problem.assets/permutations_ii_pruning.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-8 &nbsp; 重复排列剪枝 </p>
@@ -955,6 +955,6 @@ comments: true
图 13-9 展示了两个剪枝条件的生效范围。注意,树中的每个节点代表一个选择,从根节点到叶节点的路径上的各个节点构成一个排列。
![两种剪枝条件的作用范围](permutations_problem.assets/permutations_ii_pruning_summary.png)
![两种剪枝条件的作用范围](permutations_problem.assets/permutations_ii_pruning_summary.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-9 &nbsp; 两种剪枝条件的作用范围 </p>

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@@ -432,7 +432,7 @@ comments: true
这是因为搜索过程是区分选择顺序的,然而子集不区分选择顺序。如图 13-10 所示,先选 $4$ 后选 $5$ 与先选 $5$ 后选 $4$ 是两个不同的分支,但两者对应同一个子集。
![子集搜索与越界剪枝](subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_naive.png)
![子集搜索与越界剪枝](subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_naive.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-10 &nbsp; 子集搜索与越界剪枝 </p>
@@ -454,7 +454,7 @@ comments: true
2. 前两轮选择 $4$ 和 $5$ ,生成子集 $[4, 5, \dots]$ 。
3. 若第一轮选择 $5$ **则第二轮应该跳过 $3$ 和 $4$** ,因为子集 $[5, 3, \dots]$ 和 $[5, 4, \dots]$ 与第 `1.` 和 `2.` 步中描述的子集完全重复。
![不同选择顺序导致的重复子集](subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_pruning.png)
![不同选择顺序导致的重复子集](subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_pruning.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-11 &nbsp; 不同选择顺序导致的重复子集 </p>
@@ -908,7 +908,7 @@ comments: true
如图 13-12 所示,为将数组 $[3, 4, 5]$ 和目标元素 $9$ 输入到以上代码后的整体回溯过程。
![子集和 I 回溯过程](subset_sum_problem.assets/subset_sum_i.png)
![子集和 I 回溯过程](subset_sum_problem.assets/subset_sum_i.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-12 &nbsp; 子集和 I 回溯过程 </p>
@@ -922,7 +922,7 @@ comments: true
**造成这种重复的原因是相等元素在某轮中被多次选择**。在图 13-13 中,第一轮共有三个选择,其中两个都为 $4$ ,会产生两个重复的搜索分支,从而输出重复子集;同理,第二轮的两个 $4$ 也会产生重复子集。
![相等元素导致的重复子集](subset_sum_problem.assets/subset_sum_ii_repeat.png)
![相等元素导致的重复子集](subset_sum_problem.assets/subset_sum_ii_repeat.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-13 &nbsp; 相等元素导致的重复子集 </p>
@@ -1427,6 +1427,6 @@ comments: true
图 13-14 展示了数组 $[4, 4, 5]$ 和目标元素 $9$ 的回溯过程,共包含四种剪枝操作。请你将图示与代码注释相结合,理解整个搜索过程,以及每种剪枝操作是如何工作的。
![子集和 II 回溯过程](subset_sum_problem.assets/subset_sum_ii.png)
![子集和 II 回溯过程](subset_sum_problem.assets/subset_sum_ii.png){ class="animation-figure" }
<p align="center"> 图 13-14 &nbsp; 子集和 II 回溯过程 </p>