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2023-08-22 13:50:12 +08:00
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@@ -6,9 +6,9 @@ comments: true
全排列问题是回溯算法的一个典型应用。它的定义是在给定一个集合(如一个数组或字符串)的情况下,找出这个集合中元素的所有可能的排列。
表列举了几个示例数据,包括输入数组和对应的所有排列。
13-1 列举了几个示例数据,包括输入数组和对应的所有排列。
<p align="center"> 表数组与链表的效率对比 </p>
<p align="center"> 表 13-1 &nbsp; 数组与链表的效率对比 </p>
<div class="center-table" markdown>
@@ -30,11 +30,11 @@ comments: true
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**。
图所示,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。
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)
<p align="center"> 图全排列的递归树 </p>
<p align="center"> 图 13-5 &nbsp; 全排列的递归树 </p>
### 1. &nbsp; 重复选择剪枝
@@ -43,13 +43,13 @@ comments: true
- 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。
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, 3 的分支。
![全排列剪枝示例](permutations_problem.assets/permutations_i_pruning.png)
<p align="center"> 图全排列剪枝示例 </p>
<p align="center"> 图 13-6 &nbsp; 全排列剪枝示例 </p>
观察图发现,该剪枝操作将搜索空间大小从 $O(n^n)$ 降低至 $O(n!)$ 。
观察图 13-6 发现,该剪枝操作将搜索空间大小从 $O(n^n)$ 降低至 $O(n!)$ 。
### 2. &nbsp; 代码实现
@@ -481,17 +481,17 @@ comments: true
假设输入数组为 $[1, 1, 2]$ 。为了方便区分两个重复元素 $1$ ,我们将第二个 $1$ 记为 $\hat{1}$ 。
图所示,上述方法生成的排列有一半都是重复的。
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)
<p align="center"> 图重复排列 </p>
<p align="center"> 图 13-7 &nbsp; 重复排列 </p>
那么如何去除重复的排列呢?最直接地,考虑借助一个哈希表,直接对排列结果进行去重。然而这样做不够优雅,**因为生成重复排列的搜索分支是没有必要的,应当被提前识别并剪枝**,这样可以进一步提升算法效率。
### 1. &nbsp; 相等元素剪枝
观察图,在第一轮中,选择 $1$ 或选择 $\hat{1}$ 是等价的,在这两个选择之下生成的所有排列都是重复的。因此应该把 $\hat{1}$ 剪枝掉。
观察图 13-8 ,在第一轮中,选择 $1$ 或选择 $\hat{1}$ 是等价的,在这两个选择之下生成的所有排列都是重复的。因此应该把 $\hat{1}$ 剪枝掉。
同理,在第一轮选择 $2$ 之后,第二轮选择中的 $1$ 和 $\hat{1}$ 也会产生重复分支,因此也应将第二轮的 $\hat{1}$ 剪枝。
@@ -499,7 +499,7 @@ comments: true
![重复排列剪枝](permutations_problem.assets/permutations_ii_pruning.png)
<p align="center"> 图重复排列剪枝 </p>
<p align="center"> 图 13-8 &nbsp; 重复排列剪枝 </p>
### 2. &nbsp; 代码实现
@@ -912,8 +912,8 @@ comments: true
- **重复选择剪枝**:整个搜索过程中只有一个 `selected` 。它记录的是当前状态中包含哪些元素,作用是避免某个元素在 `state` 中重复出现。
- **相等元素剪枝**:每轮选择(即每个开启的 `backtrack` 函数)都包含一个 `duplicated` 。它记录的是在遍历中哪些元素已被选择过,作用是保证相等元素只被选择一次。
图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。
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)
<p align="center"> 图两种剪枝条件的作用范围 </p>
<p align="center"> 图 13-9 &nbsp; 两种剪枝条件的作用范围 </p>