给定一个不含重复数字的数组 nums ,返回其所有可能的全排列。你可以按任意顺序返回答案。
示例1:
输入:nums = [1,2,3]
输出:[[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]
示例2:
输入:nums = [0,1]
输出:[[0,1],[1,0]]
实现思路
看完这道题,我们的第一想法就是穷举全排列呀,但是你不会毫无规律得穷举对吧。比如要排3个数[1,2,3],你会第一位先排1,然后第二位只能是2或者3,如果第二位是2,第三位只能是3了…如果数字很多,那么使用循环穷举,嵌套的层级会非常繁琐。
方法二:我们可以借鉴【回溯算法】羊娃找羊的路线图,画出全排列的树图,如下:
我们从根节点遍历这棵树,记录下走过路径的数字,走到叶子节点,就可以得到一个排列啦。然后后退,去走其他分支,直到走完所有的叶子节点,那就可以得到全排列啦。
那么这棵树图是怎么得到的?
为了方便理解,我们可以把nums个数k看做k种选择,比如对于[1,2,3],每一位都有3种选择:1、2、3。
每一次做选择,都展开出一棵空间树,选择完后,如果是重复选的路径,就做剪枝。
好啦,现在知道树怎么来的,我们来看下怎么遍历找到全排列呢?每次走树的分支,都像是在做决策。我们可以把已走的路径和可做的选择作为树节点的两个属性。
如果在根节点,可做的选择为1、2、3,走过的路径为空,如下图
走到叶子节点时,已走路径数组长度等于原素组的个数,这时候走过路径就是满足条件的一个解。
代码实现:
这道题用到递归。
递归入口:是一个可选路径和已走过的路径。
递归函数体:一个for循环,枚举当前数组的元素,并且需要if判断,以跳过剪枝
递归出口:也就是走到叶子节点啦,叶子节点,就是当构建的已走路径path的数组长度等于nums的长度
#全排列数组存储最终结果 res=[] def backtrack(nums, path, used): global res #已走路径path的数组长度等于nums的长度,表示走到叶子节点,所以加到全排列集合 if len(path) == len(nums): res.append(path.copy()) return for i in range(len(nums)): # 剪枝,排查已经走过的路径 if used[i]: continue # 做选择,加到当前路径 path.append(nums[i]) #标记已使用 used[i] = True #递归,进入下一层的决策 backtrack(nums, path, used) # 撤销选择 path.pop() used[i] = False def permute(nums): global res # 记录路径 path = [] # 标记选择是否被使用 used = [False] * len(nums) #递归函数入口,可做选择是nums数组 backtrack(nums, path, used) return res
回溯过程如图
为什么用到回溯算法呢?
因为我们不是要找到一个排列就好了,而是需要找出所有满足条件的排列,当递归调用结束时,结束的是当前的递归分支,还需要去别的分支继续找,因此需要撤销当前的选择,回到选择前的状态,再选下一个选项,即进入下一个分支。
回溯算法框架
决策一个回溯问题,实际上就是解决一个决策树的遍历过程。需要考虑这三个问题:
1、已走路径:已做出选择,走过的路径
2、可选列表:你当前可以做的选择
3、结束条件:一般走到决策树的叶子节点,它无法再做别的条件选择
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