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2023-12-02 06:24:11 +08:00
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@@ -3484,11 +3484,11 @@
<p>例如,输入集合 <span class="arithmatex">\(\{3, 4, 5\}\)</span> 和目标整数 <span class="arithmatex">\(9\)</span> ,解为 <span class="arithmatex">\(\{3, 3, 3\}, \{4, 5\}\)</span> 。需要注意以下两点。</p>
<ul>
<li>输入集合中的元素可以被无限次重复选取。</li>
<li>子集不区分元素顺序,比如 <span class="arithmatex">\(\{4, 5\}\)</span><span class="arithmatex">\(\{5, 4\}\)</span> 是同一个子集。</li>
<li>子集不区分元素顺序,比如 <span class="arithmatex">\(\{4, 5\}\)</span><span class="arithmatex">\(\{5, 4\}\)</span> 是同一个子集。</li>
</ul>
<h3 id="1">1. &nbsp; 参考全排列解法<a class="headerlink" href="#1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>类似于全排列问题,我们可以把子集的生成过程想象成一系列选择的结果,并在选择过程中实时更新“元素和”,当元素和等于 <code>target</code> 时,就将子集记录至结果列表。</p>
<p>而与全排列问题不同的是,<strong>本题集合中的元素可以被无限次选取</strong>,因此无须借助 <code>selected</code> 布尔列表来记录元素是否已被选择。我们可以对全排列代码进行小幅修改,初步得到解题代码</p>
<p>而与全排列问题不同的是,<strong>本题集合中的元素可以被无限次选取</strong>,因此无须借助 <code>selected</code> 布尔列表来记录元素是否已被选择。我们可以对全排列代码进行小幅修改,初步得到解题代码</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:12"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_11" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_12" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Python</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Java</label><label for="__tabbed_1_4">C#</label><label for="__tabbed_1_5">Go</label><label for="__tabbed_1_6">Swift</label><label for="__tabbed_1_7">JS</label><label for="__tabbed_1_8">TS</label><label for="__tabbed_1_9">Dart</label><label for="__tabbed_1_10">Rust</label><label for="__tabbed_1_11">C</label><label for="__tabbed_1_12">Zig</label></div>
<div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block">
@@ -3877,7 +3877,7 @@
</div>
</div>
<p>向以上代码输入数组 <span class="arithmatex">\([3, 4, 5]\)</span> 和目标元素 <span class="arithmatex">\(9\)</span> ,输出结果为 <span class="arithmatex">\([3, 3, 3], [4, 5], [5, 4]\)</span><strong>虽然成功找出了所有和为 <span class="arithmatex">\(9\)</span> 的子集,但其中存在重复的子集 <span class="arithmatex">\([4, 5]\)</span><span class="arithmatex">\([5, 4]\)</span></strong></p>
<p>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 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 后选 <span class="arithmatex">\(5\)</span> 与先选 <span class="arithmatex">\(5\)</span> 后选 <span class="arithmatex">\(4\)</span>两个不同的分支,但两者对应同一个子集。</p>
<p>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 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 后选 <span class="arithmatex">\(5\)</span> 与先选 <span class="arithmatex">\(5\)</span> 后选 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 是不同的分支,但对应同一个子集。</p>
<p><a class="glightbox" href="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_naive.png" data-type="image" data-width="100%" data-height="auto" data-desc-position="bottom"><img alt="子集搜索与越界剪枝" class="animation-figure" src="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_naive.png" /></a></p>
<p align="center"> 图 13-10 &nbsp; 子集搜索与越界剪枝 </p>
@@ -3890,23 +3890,23 @@
<p><strong>我们考虑在搜索过程中通过剪枝进行去重</strong>。观察图 13-11 ,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。</p>
<ol>
<li>当第一轮和第二轮分别选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span><span class="arithmatex">\(4\)</span> 时,会生成包含这两个元素的所有子集,记为 <span class="arithmatex">\([3, 4, \dots]\)</span></li>
<li>之后,当第一轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 时,<strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span></strong> ,因为该选择产生的子集 <span class="arithmatex">\([4, 3, \dots]\)</span><code>1.</code> 中生成的子集完全重复。</li>
<li>之后,当第一轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 时,<strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span></strong> ,因为该选择产生的子集 <span class="arithmatex">\([4, 3, \dots]\)</span> <code>1.</code> 中生成的子集完全重复。</li>
</ol>
<p>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。</p>
<p>在搜索过程中,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。</p>
<ol>
<li>前两轮选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span><span class="arithmatex">\(5\)</span> ,生成子集 <span class="arithmatex">\([3, 5, \dots]\)</span></li>
<li>前两轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span><span class="arithmatex">\(5\)</span> ,生成子集 <span class="arithmatex">\([4, 5, \dots]\)</span></li>
<li>若第一轮选择 <span class="arithmatex">\(5\)</span> <strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span><span class="arithmatex">\(4\)</span></strong> ,因为子集 <span class="arithmatex">\([5, 3, \dots]\)</span><span class="arithmatex">\([5, 4, \dots]\)</span> 与第 <code>1.</code> <code>2.</code> 步中描述的子集完全重复。</li>
<li>若第一轮选择 <span class="arithmatex">\(5\)</span> <strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span><span class="arithmatex">\(4\)</span></strong> ,因为子集 <span class="arithmatex">\([5, 3, \dots]\)</span><span class="arithmatex">\([5, 4, \dots]\)</span> 与第 <code>1.</code> 步和第 <code>2.</code> 步中描述的子集完全重复。</li>
</ol>
<p><a class="glightbox" href="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_pruning.png" data-type="image" data-width="100%" data-height="auto" data-desc-position="bottom"><img alt="不同选择顺序导致的重复子集" class="animation-figure" src="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_pruning.png" /></a></p>
<p align="center"> 图 13-11 &nbsp; 不同选择顺序导致的重复子集 </p>
<p>总结来看,给定输入数组 <span class="arithmatex">\([x_1, x_2, \dots, x_n]\)</span> ,设搜索过程中的选择序列为 <span class="arithmatex">\([x_{i_1}, x_{i_2}, \dots, x_{i_m}]\)</span> ,则该选择序列需要满足 <span class="arithmatex">\(i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m\)</span> <strong>不满足该条件的选择序列都会造成重复,应当剪枝</strong></p>
<h3 id="3">3. &nbsp; 代码实现<a class="headerlink" href="#3" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>为实现该剪枝,我们初始化变量 <code>start</code> ,用于指示遍历起点。<strong>当做出选择 <span class="arithmatex">\(x_{i}\)</span> 后,设定下一轮从索引 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 开始遍历</strong>。这样做就可以让选择序列满足 <span class="arithmatex">\(i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m\)</span> ,从而保证子集唯一。</p>
<p>为实现该剪枝,我们初始化变量 <code>start</code> ,用于指示遍历起点。<strong>当做出选择 <span class="arithmatex">\(x_{i}\)</span> 后,设定下一轮从索引 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 开始遍历</strong>。这样做就可以让选择序列满足 <span class="arithmatex">\(i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m\)</span> ,从而保证子集唯一。</p>
<p>除此之外,我们还对代码进行了以下两项优化。</p>
<ul>
<li>在开启搜索前,先将数组 <code>nums</code> 排序。在遍历所有选择时,<strong>当子集和超过 <code>target</code> 时直接结束循环</strong>,因为后边的元素更大,其子集和一定超过 <code>target</code></li>
<li>在开启搜索前,先将数组 <code>nums</code> 排序。在遍历所有选择时,<strong>当子集和超过 <code>target</code> 时直接结束循环</strong>,因为后边的元素更大,其子集和一定超过 <code>target</code></li>
<li>省去元素和变量 <code>total</code> <strong>通过在 <code>target</code> 上执行减法来统计元素和</strong>,当 <code>target</code> 等于 <span class="arithmatex">\(0\)</span> 时记录解。</li>
</ul>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="2:12"><input checked="checked" id="__tabbed_2_1" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_2" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_3" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_4" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_5" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_6" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_7" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_8" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_9" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_10" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_11" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_12" name="__tabbed_2" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_2_1">Python</label><label for="__tabbed_2_2">C++</label><label for="__tabbed_2_3">Java</label><label for="__tabbed_2_4">C#</label><label for="__tabbed_2_5">Go</label><label for="__tabbed_2_6">Swift</label><label for="__tabbed_2_7">JS</label><label for="__tabbed_2_8">TS</label><label for="__tabbed_2_9">Dart</label><label for="__tabbed_2_10">Rust</label><label for="__tabbed_2_11">C</label><label for="__tabbed_2_12">Zig</label></div>
@@ -4326,7 +4326,7 @@
</div>
</div>
</div>
<p>图 13-12 所示为将数组 <span class="arithmatex">\([3, 4, 5]\)</span> 和目标元素 <span class="arithmatex">\(9\)</span> 输入以上代码后的整体回溯过程。</p>
<p>图 13-12 所示为将数组 <span class="arithmatex">\([3, 4, 5]\)</span> 和目标元素 <span class="arithmatex">\(9\)</span> 输入以上代码后的整体回溯过程。</p>
<p><a class="glightbox" href="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i.png" data-type="image" data-width="100%" data-height="auto" data-desc-position="bottom"><img alt="子集和 I 回溯过程" class="animation-figure" src="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i.png" /></a></p>
<p align="center"> 图 13-12 &nbsp; 子集和 I 回溯过程 </p>
@@ -4341,8 +4341,8 @@
<p align="center"> 图 13-13 &nbsp; 相等元素导致的重复子集 </p>
<h3 id="1_1">1. &nbsp; 相等元素剪枝<a class="headerlink" href="#1_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>为解决此问题,<strong>我们需要限制相等元素在每一轮中只被选择一次</strong>。实现方式比较巧妙:由于数组是已排序的,因此相等元素都是相邻的。这意味着在某轮选择中,若当前元素与其左边元素相等,则说明它已经被选择过,因此直接跳过当前元素。</p>
<p>与此同时,<strong>本题规定数组中的每个元素只能被选择一次</strong>。幸运的是,我们也可以利用变量 <code>start</code> 来满足该约束:当做出选择 <span class="arithmatex">\(x_{i}\)</span> 后,设定下一轮从索引 <span class="arithmatex">\(i + 1\)</span> 开始向后遍历。这样能去除重复子集,也能避免重复选择元素。</p>
<p>为解决此问题,<strong>我们需要限制相等元素在每一轮中只被选择一次</strong>。实现方式比较巧妙:由于数组是已排序的,因此相等元素都是相邻的。这意味着在某轮选择中,若当前元素与其左边元素相等,则说明它已经被选择过,因此直接跳过当前元素。</p>
<p>与此同时,<strong>本题规定每个数组元素只能被选择一次</strong>。幸运的是,我们也可以利用变量 <code>start</code> 来满足该约束:当做出选择 <span class="arithmatex">\(x_{i}\)</span> 后,设定下一轮从索引 <span class="arithmatex">\(i + 1\)</span> 开始向后遍历。这样能去除重复子集,也能避免重复选择元素。</p>
<h3 id="2_1">2. &nbsp; 代码实现<a class="headerlink" href="#2_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="3:12"><input checked="checked" id="__tabbed_3_1" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_2" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_3" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_4" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_5" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_6" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_7" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_8" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_9" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_10" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_11" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_12" name="__tabbed_3" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_3_1">Python</label><label for="__tabbed_3_2">C++</label><label for="__tabbed_3_3">Java</label><label for="__tabbed_3_4">C#</label><label for="__tabbed_3_5">Go</label><label for="__tabbed_3_6">Swift</label><label for="__tabbed_3_7">JS</label><label for="__tabbed_3_8">TS</label><label for="__tabbed_3_9">Dart</label><label for="__tabbed_3_10">Rust</label><label for="__tabbed_3_11">C</label><label for="__tabbed_3_12">Zig</label></div>
<div class="tabbed-content">