C++力扣题目40--组合总和II

发布时间:2024年01月16日

力扣题目链接(opens new window)

给定一个数组?candidates?和一个目标数?target?,找出?candidates?中所有可以使数字和为?target?的组合。

candidates?中的每个数字在每个组合中只能使用一次。

说明: 所有数字(包括目标数)都是正整数。解集不能包含重复的组合。

  • 示例?1:
  • 输入: candidates =?[10,1,2,7,6,1,5], target =?8,
  • 所求解集为:
[
  [1, 7],
  [1, 2, 5],
  [2, 6],
  [1, 1, 6]
]

  • 示例?2:
  • 输入: candidates =?[2,5,2,1,2], target =?5,
  • 所求解集为:
[
? [1,2,2],
? [5]
]

#思路

这道题目和39.组合总和?(opens new window)如下区别:

  1. 本题candidates?中的每个数字在每个组合中只能使用一次。
  2. 本题数组candidates的元素是有重复的,而39.组合总和?(opens new window)是无重复元素的数组candidates

最后本题和39.组合总和?(opens new window)要求一样,解集不能包含重复的组合。

本题的难点在于区别2中:集合(数组candidates)有重复元素,但还不能有重复的组合

一些同学可能想了:我把所有组合求出来,再用set或者map去重,这么做很容易超时!

所以要在搜索的过程中就去掉重复组合。

很多同学在去重的问题上想不明白,其实很多题解也没有讲清楚,反正代码是能过的,感觉是那么回事,稀里糊涂的先把题目过了。

这个去重为什么很难理解呢,所谓去重,其实就是使用过的元素不能重复选取。?这么一说好像很简单!

都知道组合问题可以抽象为树形结构,那么“使用过”在这个树形结构上是有两个维度的,一个维度是同一树枝上使用过,一个维度是同一树层上使用过。没有理解这两个层面上的“使用过” 是造成大家没有彻底理解去重的根本原因。

那么问题来了,我们是要同一树层上使用过,还是同一树枝上使用过呢?

回看一下题目,元素在同一个组合内是可以重复的,怎么重复都没事,但两个组合不能相同。

所以我们要去重的是同一树层上的“使用过”,同一树枝上的都是一个组合里的元素,不用去重

为了理解去重我们来举一个例子,candidates = [1, 1, 2], target = 3,(方便起见candidates已经排序了)

强调一下,树层去重的话,需要对数组排序!

选择过程树形结构如图所示:

40.组合总和II

可以看到图中,每个节点相对于?39.组合总和?(opens new window)我多加了used数组,这个used数组下面会重点介绍。

#回溯三部曲

  • 递归函数参数

39.组合总和?(opens new window)套路相同,此题还需要加一个bool型数组used,用来记录同一树枝上的元素是否使用过。

这个集合去重的重任就是used来完成的。

代码如下:

vector<vector<int>> result; // 存放组合集合
vector<int> path;           // 符合条件的组合
void backtracking(vector<int>& candidates, int target, int sum, int startIndex, vector<bool>& used) {

  • 递归终止条件

39.组合总和?(opens new window)相同,终止条件为?sum > target?和?sum == target

代码如下:

if (sum > target) { // 这个条件其实可以省略
    return;
}
if (sum == target) {
    result.push_back(path);
    return;
}

sum > target?这个条件其实可以省略,因为在递归单层遍历的时候,会有剪枝的操作,下面会介绍到。

  • 单层搜索的逻辑

这里与39.组合总和?(opens new window)最大的不同就是要去重了。

前面我们提到:要去重的是“同一树层上的使用过”,如何判断同一树层上元素(相同的元素)是否使用过了呢。

如果candidates[i] == candidates[i - 1]?并且?used[i - 1] == false,就说明:前一个树枝,使用了candidates[i - 1],也就是说同一树层使用过candidates[i - 1]

此时for循环里就应该做continue的操作。

这块比较抽象,如图:

40.组合总和II1

我在图中将used的变化用橘黄色标注上,可以看出在candidates[i] == candidates[i - 1]相同的情况下:

  • used[i - 1] == true,说明同一树枝candidates[i - 1]使用过
  • used[i - 1] == false,说明同一树层candidates[i - 1]使用过

可能有的录友想,为什么 used[i - 1] == false 就是同一树层呢,因为同一树层,used[i - 1] == false 才能表示,当前取的 candidates[i] 是从 candidates[i - 1] 回溯而来的。

而 used[i - 1] == true,说明是进入下一层递归,去下一个数,所以是树枝上,如图所示:

这块去重的逻辑很抽象,网上搜的题解基本没有能讲清楚的,如果大家之前思考过这个问题或者刷过这道题目,看到这里一定会感觉通透了很多!

那么单层搜索的逻辑代码如下:

for (int i = startIndex; i < candidates.size() && sum + candidates[i] <= target; i++) {
    // used[i - 1] == true,说明同一树枝candidates[i - 1]使用过
    // used[i - 1] == false,说明同一树层candidates[i - 1]使用过
    // 要对同一树层使用过的元素进行跳过
    if (i > 0 && candidates[i] == candidates[i - 1] && used[i - 1] == false) {
        continue;
    }
    sum += candidates[i];
    path.push_back(candidates[i]);
    used[i] = true;
    backtracking(candidates, target, sum, i + 1, used); // 和39.组合总和的区别1:这里是i+1,每个数字在每个组合中只能使用一次
    used[i] = false;
    sum -= candidates[i];
    path.pop_back();
}

注意sum + candidates[i] <= target为剪枝操作,在39.组合总和?(opens new window)有讲解过!

回溯三部曲分析完了,整体C++代码如下:

class Solution {
private:
    vector<vector<int>> result;
    vector<int> path;
    void backtracking(vector<int>& candidates, int target, int sum, int startIndex, vector<bool>& used) {
        if (sum == target) {
            result.push_back(path);
            return;
        }
        for (int i = startIndex; i < candidates.size() && sum + candidates[i] <= target; i++) {
            // used[i - 1] == true,说明同一树枝candidates[i - 1]使用过
            // used[i - 1] == false,说明同一树层candidates[i - 1]使用过
            // 要对同一树层使用过的元素进行跳过
            if (i > 0 && candidates[i] == candidates[i - 1] && used[i - 1] == false) {
                continue;
            }
            sum += candidates[i];
            path.push_back(candidates[i]);
            used[i] = true;
            backtracking(candidates, target, sum, i + 1, used); // 和39.组合总和的区别1,这里是i+1,每个数字在每个组合中只能使用一次
            used[i] = false;
            sum -= candidates[i];
            path.pop_back();
        }
    }

public:
    vector<vector<int>> combinationSum2(vector<int>& candidates, int target) {
        vector<bool> used(candidates.size(), false);
        path.clear();
        result.clear();
        // 首先把给candidates排序,让其相同的元素都挨在一起。
        sort(candidates.begin(), candidates.end());
        backtracking(candidates, target, 0, 0, used);
        return result;
    }
};


?

  • 时间复杂度: O(n * 2^n)
  • 空间复杂度: O(n)

#补充

这里直接用startIndex来去重也是可以的, 就不用used数组了。

class Solution {
private:
    vector<vector<int>> result;
    vector<int> path;
    void backtracking(vector<int>& candidates, int target, int sum, int startIndex) {
        if (sum == target) {
            result.push_back(path);
            return;
        }
        for (int i = startIndex; i < candidates.size() && sum + candidates[i] <= target; i++) {
            // 要对同一树层使用过的元素进行跳过
            if (i > startIndex && candidates[i] == candidates[i - 1]) {
                continue;
            }
            sum += candidates[i];
            path.push_back(candidates[i]);
            backtracking(candidates, target, sum, i + 1); // 和39.组合总和的区别1,这里是i+1,每个数字在每个组合中只能使用一次
            sum -= candidates[i];
            path.pop_back();
        }
    }

public:
    vector<vector<int>> combinationSum2(vector<int>& candidates, int target) {
        path.clear();
        result.clear();
        // 首先把给candidates排序,让其相同的元素都挨在一起。
        sort(candidates.begin(), candidates.end());
        backtracking(candidates, target, 0, 0);
        return result;
    }
};


?

#总结

本题同样是求组合总和,但就是因为其数组candidates有重复元素,而要求不能有重复的组合,所以相对于39.组合总和?(opens new window)难度提升了不少。

关键是去重的逻辑,代码很简单,网上一搜一大把,但几乎没有能把这块代码含义讲明白的,基本都是给出代码,然后说这就是去重了,究竟怎么个去重法也是模棱两可

所以Carl有必要把去重的这块彻彻底底的给大家讲清楚,就连“树层去重”和“树枝去重”都是我自创的词汇,希望对大家理解有帮助!

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_47675625/article/details/135625884
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