1. 9.2 回溯演算法的例子
在4 * 4的方格棋盤上放置4個皇後棋子,使得沒有兩個皇後在同一行、同一列,也不在同一條45度的斜線上, 問有多少種布局?
回溯演算法的解一般是向量,而這個題也不例外,設4維向量的<x1,x2,x3,x4>,Xi中i表示第幾個皇後,Xi表示在棋盤第i行的位置,比如其中一個解是<2,4,1,3>,如下圖
1.四皇後問題中,葉節點就是一個解。
2.四皇後每一個節點的子樹代表著下一個皇後可以放的列數,因為都是n,所以子樹都是n叉樹,故四皇後是一顆 n叉樹
3.四皇後的解至少有兩個,因為棋盤可以沿著中心線翻折
有n種物品,每種物品只有1個。第i種物品價值為vi,重量為wi,i=1,2,3...n. 問如何選擇放入背包的物品,使得總重量不超過B,而價值達到最大?
同樣,此問題的解可用一個向量來表示,該向量就代表了所有的物品,如果對應物品為1,則表示裝入背包,反之,沒有被裝入。
因此,回溯的每層可以表示為對應的物品,分支左右可以表示取或者不取(向量中表示為1或0)
總而言之,每一個節點也就是物品只有0和1兩種狀態,因此該樹一棵二叉樹,或者為 子集樹
1.選擇第一個物品,目前總重量為8,總價值為12。
2.再選擇第二個物品,總重量為14 > 13,觸發回溯。
3.不選擇第二個物品,選擇第三個商品,總重量是12,總價值為21。
4.再選擇第四個物品,總重量為15 > 13,觸發回溯。
5.不選擇第四個物品,總重量為12,總價值為21,與目前最優解價值進行比較,如果最優解價值大於21則替換目前的最優解向量和最優解價值。
1.背包問題只有在葉節點才能生成一個滿足條件的解,而之後將該解和最優解比較。
2.背包問題必須遍歷完所有的分支,才能夠獲得最終的解。
3.背包問題是一顆子集樹。
有n個城市,已知任兩個城市之間的距離, 求一條每個城市恰好經過一次的迴路,使得總長度最小 。
貨郎問題中主要的一點就是每一個點(除了第一個點)其他點必須經過且只能經過1次,這就很像數學中的排列。
因此,我們採用一個向量來表示貨郎問題的城市排列
1.貨郎問題是一顆分支不斷減少的排列數(和數學的排列類似)
2.貨郎問題也得遍歷完所有的情況,比較後得出最優解。
1.解都是用向量表示
2.搜索空間都是樹
3.搜索策略多種,有深度優先、寬度優先和跳躍式遍歷搜索樹。
2. 六、遞歸與回溯演算法
在計算機領域裡面,很多問題都可以要採用遞歸演算法來解決。遞歸中,最長用到的方法就是回溯法。我們具體分析問題的時候,可以發現這類問題本質是一個樹的形狀。
遞歸演算法的本質還是將原來的問題轉化為了更小的同一問題,進行解決。一般注意兩點:
1、遞歸終止的條件。對應到了遞歸演算法中最基本的問題,也是最最簡單的問題。
2、遞歸過程。遞歸過程需要將原問題一步一步的推到更小的 同一 問題,更小的意思就是子問題解決起來就更加的簡單。有寫情況是能夠找到一個遞推的公式的。這個過程中就需要透徹的去理解遞歸函數的意義。明確這個函數的輸入和輸出是什麼,這樣來寫的話,就清晰多了。
因為有了這樣的遞歸公式,那麼我們就很容易的能看出來遞歸的終止條件就是我們知道的f(0)和f(1)了。有了f(0)和f(1)之後,我們就能夠繼續的遞推出f(3)一直到f(n)了。
但是我們現在才用一個遞歸演算法的思想來解決這個問題:
像我們常見的數據結構如鏈表、樹、圖等都是有著天然的遞歸結構的,鏈表由於是一個線性的結構,那麼通常我們也是能夠直接循環遍歷就能解決問題的,但是這里我們用遞歸法來解決一下LeetCode上面的問題
LeetCode 203 移除鏈表元素
分析:鏈表的結構可以理解成一個節點連接這一個更短的鏈表,這樣依次一直看下去,直到最後一個節點None,那麼我們這個時候的遞歸終止條件就是head指向None了,返回的就是None
深入的理解遞歸演算法之後,我們就開始進行回溯法的學習。通過LeetCode上面的幾道題,我們來深入的探討一下遞歸與回溯法的應用。
持續更新中...
數據結構與演算法系列博客:
一、數據結構與演算法概述
二、數組及LeetCode典型題目分析
三、鏈表(Linked list)以及LeetCode題
四、棧與隊列(Stack and Queue
五、樹(Trees)
六、遞歸與回溯演算法
七、動態規劃
八、排序與搜索
九、哈希表
參考資料
1、
2、
3、
3. 回溯演算法與貪心演算法
回溯是遞歸的副產品,只要有遞歸就會有回溯 ,所以回溯法也經常和二叉樹遍歷,深度優先搜索混在一起,因為這兩種方式都是用了遞歸。
回溯法就是暴力搜索,並不是什麼高效的演算法,最多再剪枝一下。
回溯演算法能解決如下問題:
組合問題:N個數裡面按一定規則找出k個數的集合
排列問題:N個數按一定規則全排列,有幾種排列方式
切割問題:一個字元串按一定規則有幾種切割方式
子集問題:一個N個數的集合里有多少符合條件的子集
棋盤問題:N皇後,解數獨等等
回溯演算法的本質是縱向遍歷
回溯演算法模板為
貪心的本質是選擇每一階段的局部最優,從而達到全局最優
貪心演算法一般分為如下四步:
將問題分解為若干個子問題
找出適合的貪心策略
求解每一個子問題的最優解
將局部最優解堆疊成全局最優解
eg:擺動序列
如果連續數字之間的差嚴格地在正數和負數之間交替,則數字序列稱為擺動序列。第一個差(如果存在的話)可能是正數或負數。少於兩個元素的序列也是擺動序列。
例如, [1,7,4,9,2,5] 是一個擺動序列,因為差值 (6,-3,5,-7,3) 是正負交替出現的。相反, [1,4,7,2,5] 和 [1,7,4,5,5] 不是擺動序列,第一個序列是因為它的前兩個差值都是正數,第二個序列是因為它的最後一個差值為零。
給定一個整數序列,返回作為擺動序列的最長子序列的長度。 通過從原始序列中刪除一些(也可以不刪除)元素來獲得子序列,剩下的元素保持其原始順序。
示例 2:
輸入: [1,17,5,10,13,15,10,5,16,8]
輸出: 7
解釋: 這個序列包含幾個長度為 7 擺動序列,其中一個可為[1,17,10,13,10,16,8]。