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krahets 2 years ago
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commit bb99d5789a

@ -1920,7 +1920,8 @@
<p>「回溯算法 Backtracking Algorithm」是一种通过穷举来解决问题的方法它的核心思想是从一个初始状态出发暴力搜索所有可能的解决方案当遇到正确的解则将其记录直到找到解或者尝试了所有可能的选择都无法找到解为止。</p>
<p>回溯算法通常采用「深度优先搜索」来遍历解空间。在二叉树章节中,我们提到前序、中序和后序遍历都属于深度优先搜索。下面,我们从二叉树的前序遍历入手,逐步了解回溯算法的工作原理。</p>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">例题一:在二叉树中搜索并返回所有值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点</p>
<p class="admonition-title">例题一</p>
<p>给定一个二叉树,搜索并记录所有值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点,返回节点列表。</p>
</div>
<p><strong>解题思路</strong>:前序遍历这颗树,并判断当前节点的值是否为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> ,若是则将该节点的值加入到结果列表 <code>res</code> 之中。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:10"><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" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Java</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Python</label><label for="__tabbed_1_4">Go</label><label for="__tabbed_1_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_1_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_1_7">C</label><label for="__tabbed_1_8">C#</label><label for="__tabbed_1_9">Swift</label><label for="__tabbed_1_10">Zig</label></div>
@ -2060,7 +2061,8 @@
<p>对于例题一,访问每个节点都代表一次“尝试”,而越过叶结点或返回父节点的 <code>return</code> 则表示“回退”。</p>
<p>值得说明的是,<strong>回退并不等价于函数返回</strong>。为解释这一点,我们对例题一稍作拓展。</p>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">在二叉树中搜索所有值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点,<strong>返回根节点到这些节点的路径</strong></p>
<p class="admonition-title">例题二</p>
<p>在二叉树中搜索所有值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点,<strong>返回根节点到这些节点的路径</strong></p>
</div>
<p><strong>解题思路</strong>:在例题一代码的基础上,我们需要借助一个列表 <code>path</code> 记录访问过的节点路径。当访问到值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点时,则复制 <code>path</code> 并添加进结果列表 <code>res</code> 。遍历完成后,<code>res</code> 中保存的就是所有的解。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="2:10"><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" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_2_1">Java</label><label for="__tabbed_2_2">C++</label><label for="__tabbed_2_3">Python</label><label for="__tabbed_2_4">Go</label><label for="__tabbed_2_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_2_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_2_7">C</label><label for="__tabbed_2_8">C#</label><label for="__tabbed_2_9">Swift</label><label for="__tabbed_2_10">Zig</label></div>
@ -2269,8 +2271,9 @@
<h2 id="1212">12.1.2. &nbsp; 剪枝<a class="headerlink" href="#1212" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>复杂的回溯问题通常包含一个或多个约束条件,<strong>约束条件通常可用于“剪枝”</strong></p>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">例题三:在二叉树中搜索所有值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点,返回根节点到这些节点的路径,<strong>路径中不能包含值为 <span class="arithmatex">\(3\)</span> 的节点</strong></p>
<p class="admonition-title">例题三</p>
</div>
<p>在二叉树中搜索所有值为 <span class="arithmatex">\(7\)</span> 的节点,返回根节点到这些节点的路径,<strong>路径中不能包含值为 <span class="arithmatex">\(3\)</span> 的节点</strong></p>
<p><strong>解题思路</strong>:在例题二的基础上添加剪枝操作,当遇到值为 <span class="arithmatex">\(3\)</span> 的节点时,则终止继续搜索。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:10"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_4" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_5" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_6" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_7" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_8" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_9" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_10" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">Java</label><label for="__tabbed_4_2">C++</label><label for="__tabbed_4_3">Python</label><label for="__tabbed_4_4">Go</label><label for="__tabbed_4_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_4_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_4_7">C</label><label for="__tabbed_4_8">C#</label><label for="__tabbed_4_9">Swift</label><label for="__tabbed_4_10">Zig</label></div>
<div class="tabbed-content">

@ -1862,7 +1862,8 @@
<h1 id="123-n">12.3. &nbsp; N 皇后问题<a class="headerlink" href="#123-n" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">根据国际象棋的规则,皇后可以攻击与之处在同一行或同一列或同一斜线上的棋子。给定 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个皇后和一个 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的棋盘,寻找使得所有皇后之间无法相互攻击的摆放方案。</p>
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>根据国际象棋的规则,皇后可以攻击与之处在同一行或同一列或同一斜线上的棋子。给定 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个皇后和一个 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的棋盘,寻找使得所有皇后之间无法相互攻击的摆放方案。</p>
</div>
<p>如下图所示,当 <span class="arithmatex">\(n = 4\)</span> 时,共可以找到两个解。从回溯算法的角度看,<span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的棋盘共有 <span class="arithmatex">\(n^2\)</span> 个格子,给出了所有的选择 <code>choices</code> 。在逐个放置皇后的过程中,棋盘状态在不断地变化,每个时刻的棋盘就是状态 <code>state</code></p>
<p><img alt="4 皇后问题的解" src="../n_queens_problem.assets/solution_4_queens.png" /></p>

@ -1917,7 +1917,8 @@
</div>
<h2 id="1221">12.2.1. &nbsp; 无重复的情况<a class="headerlink" href="#1221" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">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。</p>
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>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。</p>
</div>
<p><strong>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</strong>。假设输入数组为 <span class="arithmatex">\([1, 2, 3]\)</span> ,如果我们先选择 <span class="arithmatex">\(1\)</span> 、再选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span> 、最后选择 <span class="arithmatex">\(2\)</span> ,则获得排列 <span class="arithmatex">\([1, 3, 2]\)</span> 。回退表示撤销一个选择,之后继续尝试其他选择。</p>
<p>从回溯算法代码的角度看,候选集合 <code>choices</code> 是输入数组中的所有元素,状态 <code>state</code> 是直至目前已被选择的元素。注意,每个元素只允许被选择一次,<strong>因此在遍历选择时,应当排除已经选择过的元素</strong></p>
@ -2217,7 +2218,8 @@
<h2 id="1222">12.2.2. &nbsp; 考虑重复的情况<a class="headerlink" href="#1222" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">输入一个整数数组,<strong>数组中可能包含重复元素</strong>,返回所有不重复的排列。</p>
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>输入一个整数数组,<strong>数组中可能包含重复元素</strong>,返回所有不重复的排列。</p>
</div>
<p>假设输入数组为 <span class="arithmatex">\([1, 1, 2]\)</span> 。为了方便区分两个重复的元素 <span class="arithmatex">\(1\)</span> ,接下来我们将第二个元素记为 <span class="arithmatex">\(\hat{1}\)</span> 。如下图所示,上述方法生成的排列有一半都是重复的。</p>
<p><img alt="重复排列" src="../permutations_problem.assets/permutations_ii.png" /></p>

@ -1878,7 +1878,8 @@
<p>「二分查找 Binary Search」是一种基于分治思想的高效搜索算法。它利用数据的有序性每轮减少一半搜索范围直至找到目标元素或搜索区间为空为止。</p>
<p>我们先来求解一个简单的二分查找问题。</p>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">给定一个长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的有序数组 <code>nums</code> ,元素按从小到大的顺序排列。查找并返回元素 <code>target</code> 在该数组中的索引。若数组中不包含该元素,则返回 <span class="arithmatex">\(-1\)</span> 。数组中不包含重复元素。</p>
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>给定一个长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的有序数组 <code>nums</code> ,元素按从小到大的顺序排列。请查找并返回元素 <code>target</code> 在该数组中的索引。若数组中不包含该元素,则返回 <span class="arithmatex">\(-1\)</span> 。数组中不包含重复元素。</p>
</div>
<p>该数组的索引范围可以使用区间 <span class="arithmatex">\([0, n - 1]\)</span> 来表示。其中,<strong>中括号表示“闭区间”,即包含边界值本身</strong>。在该表示下,区间 <span class="arithmatex">\([i, j]\)</span><span class="arithmatex">\(i = j\)</span> 时仍包含一个元素,在 <span class="arithmatex">\(i &gt; j\)</span> 时为空区间。</p>
<p>接下来,我们基于上述区间定义实现二分查找。先初始化指针 <span class="arithmatex">\(i = 0\)</span><span class="arithmatex">\(j = n - 1\)</span> ,分别指向数组首元素和尾元素。之后循环执行以下两个步骤:</p>

@ -1882,7 +1882,8 @@
<h2 id="1021">10.2.1. &nbsp; 查找最左一个元素<a class="headerlink" href="#1021" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">查找并返回元素 <code>target</code> 在有序数组 <code>nums</code> 中首次出现的索引。若数组中不包含该元素,则返回 <span class="arithmatex">\(-1\)</span> 。数组可能包含重复元素。</p>
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>给定一个长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的有序数组 <code>nums</code> 。请查找并返回元素 <code>target</code> 在该数组中首次出现的索引。若数组中不包含该元素,则返回 <span class="arithmatex">\(-1\)</span> 。数组可能包含重复元素。</p>
</div>
<p>实际上,我们可以仅通过二分查找解决以上问题。方法的整体框架不变,先计算中点索引 <code>m</code> ,再判断 <code>target</code><code>nums[m]</code> 大小关系:</p>
<ul>
@ -1971,11 +1972,11 @@
<a id="__codelineno-2-5" name="__codelineno-2-5" href="#__codelineno-2-5"></a> <span class="k">while</span> <span class="n">i</span> <span class="o">&lt;=</span> <span class="n">j</span><span class="p">:</span>
<a id="__codelineno-2-6" name="__codelineno-2-6" href="#__codelineno-2-6"></a> <span class="n">m</span> <span class="o">=</span> <span class="p">(</span><span class="n">i</span> <span class="o">+</span> <span class="n">j</span><span class="p">)</span> <span class="o">//</span> <span class="mi">2</span> <span class="c1"># 计算中点索引 m</span>
<a id="__codelineno-2-7" name="__codelineno-2-7" href="#__codelineno-2-7"></a> <span class="k">if</span> <span class="n">nums</span><span class="p">[</span><span class="n">m</span><span class="p">]</span> <span class="o">&lt;</span> <span class="n">target</span><span class="p">:</span>
<a id="__codelineno-2-8" name="__codelineno-2-8" href="#__codelineno-2-8"></a> <span class="n">i</span> <span class="o">=</span> <span class="n">m</span> <span class="o">+</span> <span class="mi">1</span> <span class="c1"># 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中</span>
<a id="__codelineno-2-8" name="__codelineno-2-8" href="#__codelineno-2-8"></a> <span class="n">i</span> <span class="o">=</span> <span class="n">m</span> <span class="o">+</span> <span class="mi">1</span> <span class="c1"># target 在区间 [m+1, j] 中</span>
<a id="__codelineno-2-9" name="__codelineno-2-9" href="#__codelineno-2-9"></a> <span class="k">elif</span> <span class="n">nums</span><span class="p">[</span><span class="n">m</span><span class="p">]</span> <span class="o">&gt;</span> <span class="n">target</span><span class="p">:</span>
<a id="__codelineno-2-10" name="__codelineno-2-10" href="#__codelineno-2-10"></a> <span class="n">j</span> <span class="o">=</span> <span class="n">m</span> <span class="o">-</span> <span class="mi">1</span> <span class="c1"># 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中</span>
<a id="__codelineno-2-10" name="__codelineno-2-10" href="#__codelineno-2-10"></a> <span class="n">j</span> <span class="o">=</span> <span class="n">m</span> <span class="o">-</span> <span class="mi">1</span> <span class="c1"># target 在区间 [i, m-1] 中</span>
<a id="__codelineno-2-11" name="__codelineno-2-11" href="#__codelineno-2-11"></a> <span class="k">else</span><span class="p">:</span>
<a id="__codelineno-2-12" name="__codelineno-2-12" href="#__codelineno-2-12"></a> <span class="n">j</span> <span class="o">=</span> <span class="n">m</span> <span class="o">-</span> <span class="mi">1</span> <span class="c1"># 此情况说明首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中</span>
<a id="__codelineno-2-12" name="__codelineno-2-12" href="#__codelineno-2-12"></a> <span class="n">j</span> <span class="o">=</span> <span class="n">m</span> <span class="o">-</span> <span class="mi">1</span> <span class="c1"># 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中</span>
<a id="__codelineno-2-13" name="__codelineno-2-13" href="#__codelineno-2-13"></a> <span class="k">if</span> <span class="n">i</span> <span class="o">==</span> <span class="nb">len</span><span class="p">(</span><span class="n">nums</span><span class="p">)</span> <span class="ow">or</span> <span class="n">nums</span><span class="p">[</span><span class="n">i</span><span class="p">]</span> <span class="o">!=</span> <span class="n">target</span><span class="p">:</span>
<a id="__codelineno-2-14" name="__codelineno-2-14" href="#__codelineno-2-14"></a> <span class="k">return</span> <span class="o">-</span><span class="mi">1</span> <span class="c1"># 未找到目标元素,返回 -1</span>
<a id="__codelineno-2-15" name="__codelineno-2-15" href="#__codelineno-2-15"></a> <span class="k">return</span> <span class="n">i</span>

@ -1877,8 +1877,8 @@
<h1 id="103">10.3. &nbsp; 哈希优化策略<a class="headerlink" href="#103" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p>在算法题中,<strong>我们常通过将线性查找替换为哈希查找来降低算法的时间复杂度</strong>。我们借助一个算法题来加深理解。</p>
<div class="admonition question">
<p class="admonition-title">两数之和</p>
<p>给定一个整数数组 <code>nums</code> 和一个整数目标值 <code>target</code> ,请在数组中搜索“和”为目标值 <code>target</code> 的两个整数,并返回他们在数组中的索引。注意,数组中同一个元素在答案里不能重复出现。返回任意一个解即可。</p>
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>给定一个整数数组 <code>nums</code> 和一个目标元素 <code>target</code> ,请在数组中搜索“和”为 <code>target</code> 的两个元素,并返回它们的数组索引。返回任意一个解即可。</p>
</div>
<h2 id="1031">10.3.1. &nbsp; 线性查找:以时间换空间<a class="headerlink" href="#1031" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>考虑直接遍历所有可能的组合。开启一个两层循环,在每轮中判断两个整数的和是否为 <code>target</code> ,若是,则返回它们的索引。</p>

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