首页 > 编程语言 >【递归,搜索与回溯算法 & 综合练习】深入理解暴搜决策树:递归,搜索与回溯算法综合小专题(二)

【递归,搜索与回溯算法 & 综合练习】深入理解暴搜决策树:递归,搜索与回溯算法综合小专题(二)

时间:2024-12-23 13:30:02浏览次数:6  
标签:遍历 递归 格子 回溯 算法 数组 对角线 我们

  

 


优美的排列


    题目解析    



    算法原理    


    解法  :暴搜    


    决策树    


红色剪枝:用于剪去该节点的值在对应分支中,已经被使用的情况,可以定义一个 check[ ]


紫色剪枝:perm[i] 不能够被 i 整除,i 不能够被 perm[i] 整除,此时分支就要执行紫色剪枝


    设计函数    



    编写代码    



 N皇后


    题目解析    


本题的算法原理是比较简单的,难点在于剪枝操作和代码实现能力; 


    算法原理    


    解法:暴搜    


    决策树    


决策树的任务:给一个行数,每次枚举这一行的一个格子,枚举的格子看是否同列或者主副对角线是否有皇后,没有则在该格子放一个皇后,并停止枚举这一行剩下的格子,递归下一行; 

绿色剪枝:剪去遍历的格子所在列,出现其他皇后的情况;

紫色剪枝:剪去遍历的格子所在主副对角线,出现其他皇后的情况;

所以 N = 3,3皇后是没有合法的放置方法的 ;

当我们的行数为 N+1,说明已经枚举到了一种合法的结果;


    如何剪枝:考虑当前位置,能否放上皇后    


     策略一:无脑循环    


我们在遍历到一个格子的时候,使用四个循环判断当前格子所在行,列,左对角线,右对角线是否放有其他皇后,总体时间复杂度 O(N) = 4N * (2 ^N);虽然时间复杂度高,但是也是可以通过的;

我们可以对这个方法进行优化,因为我们的决策树是每一行的其中一个格子用来放皇后,所以行是一定不会出现皇后攻击的情况的,所以只用看列,左对角线,右对角线是否放有其他皇后;


     策略二:类似哈希表的策略     


对于棋盘,我们分别定义两个 boolean 类型的数组 row[ ],col[ ] ,用于判断某一行或者某一列是否放置皇后;

 如果某个格子放置有皇后,对应的 row[ i ] ,col [ j ] 要置为 true ;后续再进行决策的时候,就可以先看看对应的 row,col 是否为 true,任意一个为 true 则不用再考虑本次枚举的格子;


接下来,我们来解决主对角线和副对角线的情况;

我们通过观察可以发现,当皇后要放置 N 个时,对应的主对角线和副对角线都是 2 * N - 1;

并且斜率分别是 1 和 -1,所以对于一条对角线,可以用y = x + b 或者 y = -x +b 来表示;

  • 对于主对角线,则有 y -  x = b ,纵坐标 + 横坐标为一个定值;
  • 对于副对角线,则有 x + y = b , 纵坐标 - 横坐标为一个定值;

所以我们再次定义两个 boolean 类型的数组 ,dig1,dig2 ,分别表示主对角线和副对角线;这两个数组的长度为 2*N ,用于存储所有的主对角线,或者副对角线;

用 b = y - x ,b = y + x 来表示某一条对角线的映射关系,当 dig1[ b ] == true || dig2 [ b ] == true,则说明该格子所在对角线放有其他皇后;


但是还有一个细节问题:

对于上图的主对角线,y - x  是一个负数,如果直接使用 dig1 [ b ] 会越界;

解决办法:添加上一个偏移量 n:y - x + n = b + n,让对角线统一向上移动 n 个单位,来处理截距为负数的情况;所以针对主对角线,我们判断的是 dig1[ b + n ] 是否是 true 即可;


    编写代码    


    前期初始化操作    



     主逻辑    



有效的数独


    题目解析    


本题并不是关于暴搜的题目,而是一个哈希表的题;我们通过讲解这道题的算法原理 ,为下一道题 解数独 做好铺垫


    算法原理    


    解法:暴搜    



 我们先来定义一个 boolean 类型的数组 row [  ] [  ]:

第一个 [ i ] 表示的是数独表中的第 i 行, 第二个 [ j ] 表示的是在这一行有没有出现 j 这个数字;

如:row [ 2 ][ 4 ] 表示的是第二行有没有出现 4 这个数字,有的话 row [ 2 ][ 4 ] == true;


col[ i ][ j ] 数组同理,表示的是第 i 列是否出现了 j 这个数字 ;


除了用数组来表示数度表外,我们也可以用哈希表来表示数独表,并且用哈希表非常巧妙:

我们是以一个3 x 3 的小数独表作为一个单位格子的,此时下标就只有 0,1,2;


我们设置一个 boolean 类型的数组 grid : 

grid [ 0 ][ 0 ] 表示左上角第一个 3x3 的大方格;


为了查看一个 3x3 的大方格所有数是否都出现过,我们再开一个空间给 grid: 


如何定义小方格和大方格下标的映射关系呢?

 当有一个元素的位置为 [ x , y ] ,映射的九宫格下标位置为 [ x/3 , y/3 ];


    编写代码    



解数独


    题目解析    



    算法原理    


    解法 : 暴搜   


    决策树    


上图代表决策树的某一条分支,我们可以发现,当按照其中一条分支填到第一行最后一个格子时,第一行每使用过的最后一个元素可能是不能填入该格子中的;


那我们怎么知道这条分支的选择不能填满数独表呢?在遍历某个 ' . ' 的格子时,如果所有数都不符合题意,我们返回 false 即可;

这个代码的报错原因,就是没有对【因为前面的选择,导致某一个格子 1 到 9 都不能填入】的情况进行处理;


所以如果遇到【某一个格子 1 到 9 都不能填入】的情况,我们就应该向上返回 false,因此,我们的 dfs 应该设置 boolean 类型的返回值,告诉上一层,这种选法是否可以得到正确的数独,如果返回 false,我们就要让上一层的格子尝试下一个数;

dfs 的参数其实可以直接把 board 数组传入即可;在 dfs 中遍历 board ,专门处理 board[ i ][ j ] == '.'  的情况;


    编写代码    


    初始化     



    填数逻辑     



    攻克难点     


本题难点就是要想到 dfs 是 boolean 类型,并且要找到 dfs 中合适的位置进行返回;


    对这三处 return 的解读    




模拟上述对 return 解读,return 会遇到的情况 :

 


单词搜索


    题目解析    



    算法原理    


    解法 :深度优先遍历   


    模拟过程    


我们以下面这个矩阵和 word 为例子来模拟过程: 


刚开始,会先遍历矩阵中所有的元素,直到找到word 的第一个字符 ' A '


此时会对当前 A 的格子上下左右进行扫描,直到找到 B:


对于当前位置的 A ,上下左右位置并没有 B ,说明这个 A 不是我们要找的 A ,我们寻找下一个 A:


此时,我们发现当前 A 的位置右边和下方都有 B ,就需要递归这两种情况:

下方的 B 上下左右查找,并没有找到 C,我们遍历右边的 B 


此时的情况和上面同理: 


最终得到结果,返回 true: 

如果按照上面的模拟过程,矩阵找不到 word ,则返回 false; 


    决策树    



    函数设计     



    细节问题一:如何避免走重复路径    


    问题描述     



    模拟过程    



     解决方法一: 设置一个 boolean 数组    


定义一个跟原始矩阵相同规模的 boolean 数组 :

用 visit 来标记当前位置,下次遍历到某一个位置时,通过 visit 查看这个位置是否已经被使用过;


     解决方法二: 修改原始矩阵的值     


当我们对某一个格子进行上下左右查找,查找到下一个字符时,把这个位置修改成 ' . ' 

面试的时候要问问面试官可不可以修改原始矩阵,修改原始矩阵的行为不保险;


    细节问题二:用向量数组映射  ( i , j ) 位置的上下左右坐标     


设置两个一维数组 dx[ 4 ] , dy [ 4 ] : 


dx[ i ] 和 dy [ i ] 要能映射到同一个方向,映射关系如下:

我们使用一个 for 循环,就可以一个坐标的上下左右关系全部找到;如果要找 8 个方向,我们就定义两个长度为 8 的数组,来表示 8 个不同的方向;这种方法在二维数组表示方向的时候,是非常好用的;


    编写代码    


    准备工作    


在主函数中,先遍历一次矩阵,找到第一个 word[ 0 ] ,然后调用 dfs,从第一个 word[ 0 ] 所在位置开始找 word 剩下的元素;


    主逻辑     



    代码细节详解     






黄金矿工


    题目解析    



    算法原理    


本题的算法原理和上一题是一类题型,解法大差不差,只是一些细节问题不同;这一题先尝试自己编写代码,再根据老师的视频改进;


    解法:暴搜     



    编写代码    


 


    编写历程    



 



那么,我们什么时候在主函数更新结果呢?如果要设置递归出口,就要再写一层 for 循环,判断上下左右的 vis ==true || grid == 0,对于这道题是没有必要设置递归出口的;


只需要找到一轮递归的最大值 tmp 即可,并且更新 ret 即可;所以我们一进入 dfs 就更新 ret;


    总结     

关于更新结果的问题是难点:尤其是在哪里更新结果?这么更新结果有什么用?为什么要这样更新结果?


每次作出一题,都要想清楚这几个问题,并且学会新的处理细节问题的方式,如:

  • 二维矩阵搜索路径时,避免走重复路径的方法;
  • 使用向量坐标表示一个格子不同的方向;

不同路径Ⅲ


    题目解析    


 



    算法原理    


    解法 :暴搜   



    编写代码    



    优化    


减少循环次数: 

 


    继续优化    


我们可以对递归出口进行优化,原来是只有合法路径才 return ,现在是只要走到终点就 return: 


总结 


关于暴搜的题目,算法原理其实并不难,重点考察的就是我们的代码能力,以及能否发现细节问题,并且对细节问题进行合理的处理; 


 

 

标签:遍历,递归,格子,回溯,算法,数组,对角线,我们
From: https://blog.csdn.net/2402_84916296/article/details/144575598

相关文章

  • 数据结构基础:如何选择与实现常见排序算法
    目录1.冒泡排序(BubbleSort)2.选择排序(SelectionSort)3.插入排序(InsertionSort)4.归并排序(MergeSort)5.快速排序(QuickSort)6.堆排序(HeapSort)7.计数排序(CountingSort)8.桶排序(BucketSort)9.基数排序(RadixSort)10.希尔排序(Shel......
  • LeetCode《图解算法数据结构》链表:图书整理 I
    题目书店店员有一张链表形式的书单,每个节点代表一本书,节点中的值表示书的编号。为更方便整理书架,店员需要将书单倒过来排列,就可以从最后一本书开始整理,逐一将书放回到书架上。请倒序返回这个书单链表。输入head=[3,6,4,1]输出[1,4,6,3]解法1:递归classSolution{public......
  • 代码随想录算法训练营第五十五天|并查集理论基础、寻找存在的路径
    前言打卡代码随想录算法训练营第49期第五十五天(~ ̄▽ ̄)~首先十分推荐学算法的同学可以先了解一下代码随想录,可以在B站卡哥B站账号、代码随想录官方网站代码随想录了解,卡哥清晰易懂的算法教学让我直接果断关注,也十分有缘和第49期的训练营大家庭一起进步。学习今天的课程前,先看并......
  • C++ 定时器,时间轮算法
    C++实现定时器的两种方法(线程定时和时间轮算法修改版)_c++定时器-CSDN博客 #include<chrono>#include<functional>#include<list>#include<mutex>#include<thread>#include<vector>classTimerWheel{public:usingTask=std::function<......
  • SM2 - 数字签名算法
    符号A,B:使用公钥密码系统的两个用户。\(a,b\):\(F_q\)中的元素,他们定义\(F_q\)上的一条椭圆曲线\(E\)。\(d_A\):用户A的私钥。\(E⁡(F_q)\):\(F_q\)上椭圆曲线\(E\)的所有有理点(包括无穷远点\(O\))组成的集合。\(e\):密码杂凑函数作用于消息\(M\)的输出值。\(e'\):密码杂凑函数作......
  • 揭示Newman教授的错误:Dijkstra算法的松弛次序与最短路径中的边次序不一定相同
    揭示Newman教授的错误:Dijkstra算法的松弛次序与最短路径中的边次序不一定相同Dijkstra算法简介Newman教授的观点反驳观点示例图Dijkstra算法的执行过程分析松弛次序与最短路径中的边次序结论C语言实现Dijkstra算法在探讨Dijkstra算法的松弛次序是否一定与最......
  • 算法网关视频分析网关热知识:如何为监控摄像机选择最合适的电源适配器?
    在现代监控系统中,选择合适的电源适配器对于确保监控摄像机的稳定运行至关重要。本文将详细介绍在选择电源适配器时应考虑的关键因素,以及如何通过这些因素来确保监控系统的长期可靠性和高效性能。通过综合考虑电压匹配、功率需求、接口规格、供电方式、环境因素、稳定性和安全性以......
  • 排序算法 (插入,选择,冒泡,希尔,快速,归并,堆排序)
    排序:经常在算法题中作为一个前置操作,为了之后的贪心orelse做个铺垫,虽然我们经常都只是调用个sort,但是了解一些排序算法可以扩充下知识库排序的分类:从存储设备角度:✓内排序:在排序过程中所有数据元素都在内存中;✓外排序:当待排序元素所占空间大到内存存不下时,排序......
  • 算法之哈希表
    有效的字母异位词思想和滑动窗口找子串很像都是将字符串中的字符统计情况放到数组中,这个不需要进行窗口的移动,因为两个的长度必须相同。快乐数没有注意到提示无限循环,即当平方和重复出现时,不可能为快乐数,此时使用set对平方和进行存储,只有和前面都不重复时才会将此时的平方和放......
  • 深入探索人工智能的技术热点:生成式AI、强化学习与AI算法优化
    人工智能(AI)技术在不断发展中,带来了许多突破性的进展。我们看到了生成式AI在图像、文本生成等领域的广泛应用,也见证了强化学习在复杂决策问题中的成功实践。同时,随着AI技术逐渐走向实际应用,算法优化与效率提升成了新的技术焦点。在这篇博客中,我们将重点讨论目前在人工智能领域的......