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2023-08-27 23:40:39 +08:00
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[class]{}-[func]{n_queens}
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逐行放置 $n$ 次,考虑列约束,则从第一行到最后一行分别有 $n, n-1, \dots, 2, 1$ 个选择,**因此时间复杂度为 $O(n!)$** 。实际上,根据对角线约束的剪枝也能够大幅地缩小搜索空间,因而搜索效率往往优于以上时间复杂度。
逐行放置 $n$ 次,考虑列约束,则从第一行到最后一行分别有 $n$、$n-1$、$\dots$、$2$、$1$ 个选择,**因此时间复杂度为 $O(n!)$** 。实际上,根据对角线约束的剪枝也能够大幅地缩小搜索空间,因而搜索效率往往优于以上时间复杂度。
数组 `state` 使用 $O(n^2)$ 空间,数组 `cols` , `diags1` , `diags2` 皆使用 $O(n)$ 空间。最大递归深度为 $n$ ,使用 $O(n)$ 栈帧空间。因此,**空间复杂度为 $O(n^2)$** 。
数组 `state` 使用 $O(n^2)$ 空间,数组 `cols``diags1` `diags2` 皆使用 $O(n)$ 空间。最大递归深度为 $n$ ,使用 $O(n)$ 栈帧空间。因此,**空间复杂度为 $O(n^2)$** 。

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输入一个整数数组,数组中不包含重复元素,返回所有可能的排列。
从回溯算法的角度看,**我们可以把生成排列的过程想象成一系列选择的结果**。假设输入数组为 $[1, 2, 3]$ ,如果我们先选择 $1$ 、再选择 $3$ 、最后选择 $2$ ,则获得排列 $[1, 3, 2]$ 。回退表示撤销一个选择,之后继续尝试其他选择。
从回溯算法的角度看,**我们可以把生成排列的过程想象成一系列选择的结果**。假设输入数组为 $[1, 2, 3]$ ,如果我们先选择 $1$、再选择 $3$、最后选择 $2$ ,则获得排列 $[1, 3, 2]$ 。回退表示撤销一个选择,之后继续尝试其他选择。
从回溯代码的角度看,候选集合 `choices` 是输入数组中的所有元素,状态 `state` 是直至目前已被选择的元素。请注意,每个元素只允许被选择一次,**因此 `state` 中的所有元素都应该是唯一的**。
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- 在做出选择 `choice[i]` 后,我们就将 `selected[i]` 赋值为 $\text{True}$ ,代表它已被选择。
- 遍历选择列表 `choices` 时,跳过所有已被选择过的节点,即剪枝。
如下图所示,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, 3 的分支。
如下图所示,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)

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@@ -128,18 +128,18 @@
**我们考虑在搜索过程中通过剪枝进行去重**。观察下图,重复子集是在以不同顺序选择数组元素时产生的,例如以下情况。
1. 当第一轮和第二轮分别选择 $3$ , $4$ 时,会生成包含这两个元素的所有子集,记为 $[3, 4, \dots]$ 。
1. 当第一轮和第二轮分别选择 $3$ $4$ 时,会生成包含这两个元素的所有子集,记为 $[3, 4, \dots]$ 。
2. 之后,当第一轮选择 $4$ 时,**则第二轮应该跳过 $3$** ,因为该选择产生的子集 $[4, 3, \dots]$ 和 `1.` 中生成的子集完全重复。
在搜索中,每一层的选择都是从左到右被逐个尝试的,因此越靠右的分支被剪掉的越多。
1. 前两轮选择 $3$ , $5$ ,生成子集 $[3, 5, \dots]$ 。
2. 前两轮选择 $4$ , $5$ ,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 $[5, 3, \dots]$ 和子集 $[5, 4, \dots]$ `1.` , `2.` 中描述的子集完全重复。
1. 前两轮选择 $3$ $5$ ,生成子集 $[3, 5, \dots]$ 。
2. 前两轮选择 $4$ $5$ ,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.` `2.` 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)
总结来看,给定输入数组 $[x_1, x_2, \dots, x_n]$ ,设搜索过程中的选择序列为 $[x_{i_1}, x_{i_2}, \dots , x_{i_m}]$ ,则该选择序列需要满足 $i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m$ **不满足该条件的选择序列都会造成重复,应当剪枝**。
总结来看,给定输入数组 $[x_1, x_2, \dots, x_n]$ ,设搜索过程中的选择序列为 $[x_{i_1}, x_{i_2}, \dots, x_{i_m}]$ ,则该选择序列需要满足 $i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m$ **不满足该条件的选择序列都会造成重复,应当剪枝**。
### 代码实现