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2023-07-11 19:21:29 +08:00
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@@ -6,7 +6,7 @@ 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。
下表所示,列举了几个示例数组和对应的所有排列。
下表列举了几个示例数据,包括输入数组和对应的所有排列。
<div class="center-table" markdown>
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需要重点关注的是,我们引入了一个布尔型数组 `selected` ,它的长度与输入数组长度相等,其中 `selected[i]` 表示 `choices[i]` 是否已被选择。我们利用 `selected` 避免某个元素被重复选择,从而实现剪枝。
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。**从本质上理解,此剪枝操作可将搜索空间大小从 $O(n^n)$ 降低至 $O(n!)$** 。
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。**此剪枝操作可将搜索空间大小从 $O(n^n)$ 降低至 $O(n!)$** 。
![全排列剪枝示例](permutations_problem.assets/permutations_i_pruning.png)
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<p align="center"> Fig. 重复排列 </p>
那么,如何去除重复的排列呢?最直接地,我们可以借助一个哈希表,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,这样可以提升算法效率。
那么,如何去除重复的排列呢?最直接地,我们可以借助一个哈希表,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。
观察发现,在第一轮中,选择 $1$ 或选择 $\hat{1}$ 是等价的,因为在这两个选择之下生成的所有排列都是重复的。因此,我们应该把 $\hat{1}$ 剪枝掉。同理,在第一轮选择 $2$ 后,第二轮选择中的 $1$ 和 $\hat{1}$ 也会产生重复分支,因此也需要将第二轮的 $\hat{1}$ 剪枝。