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2023-08-27 23:41:10 +08:00
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@ -3541,7 +3541,7 @@
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>给定一个正整数数组 <code>nums</code> 和一个目标正整数 <code>target</code> ,请找出所有可能的组合,使得组合中的元素和等于 <code>target</code> 。给定数组无重复元素,每个元素可以被选取多次。请以列表形式返回这些组合,列表中不应包含重复组合。</p>
</div>
<p>例如,输入集合 <span class="arithmatex">\(\{3, 4, 5\}\)</span> 和目标整数 <span class="arithmatex">\(9\)</span> ,解为 <span class="arithmatex">\(\{3, 3, 3\}, \{4, 5\}\)</span> 。需要注意两点</p>
<p>例如,输入集合 <span class="arithmatex">\(\{3, 4, 5\}\)</span> 和目标整数 <span class="arithmatex">\(9\)</span> ,解为 <span class="arithmatex">\(\{3, 3, 3\}, \{4, 5\}\)</span> 。需要注意以下两点</p>
<ul>
<li>输入集合中的元素可以被无限次重复选取。</li>
<li>子集是不区分元素顺序的,比如 <span class="arithmatex">\(\{4, 5\}\)</span><span class="arithmatex">\(\{5, 4\}\)</span> 是同一个子集。</li>
@ -3945,30 +3945,30 @@
<p><img alt="子集搜索与越界剪枝" src="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_naive.png" /></p>
<p align="center"> 图 13-10 &nbsp; 子集搜索与越界剪枝 </p>
<p>为了去除重复子集,<strong>一种直接的思路是对结果列表进行去重</strong>。但这个方法效率很低,因为:</p>
<p>为了去除重复子集,<strong>一种直接的思路是对结果列表进行去重</strong>。但这个方法效率很低,有两方面原因。</p>
<ul>
<li>当数组元素较多,尤其是当 <code>target</code> 较大时,搜索过程会产生大量的重复子集。</li>
<li>比较子集(数组)的异同非常耗时,需要先排序数组,再比较数组中每个元素的异同。</li>
</ul>
<h3 id="2">2. &nbsp; 重复子集剪枝<a class="headerlink" href="#2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p><strong>我们考虑在搜索过程中通过剪枝进行去重</strong>。观察图 13-11 ,重复子集是在以不同顺序选择数组元素时产生的,具体来看:</p>
<p><strong>我们考虑在搜索过程中通过剪枝进行去重</strong>。观察图 13-11 ,重复子集是在以不同顺序选择数组元素时产生的,例如以下情况。</p>
<ol>
<li>第一轮和第二轮分别选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span> , <span class="arithmatex">\(4\)</span> ,会生成包含这两个元素的所有子集,记为 <span class="arithmatex">\([3, 4, \dots]\)</span></li>
<li>第一轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span> <strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span></strong> ,因为该选择产生的子集 <span class="arithmatex">\([4, 3, \dots]\)</span><code>1.</code> 中生成的子集完全重复。</li>
<li>第一轮和第二轮分别选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span> <span class="arithmatex">\(4\)</span> ,会生成包含这两个元素的所有子集,记为 <span class="arithmatex">\([3, 4, \dots]\)</span></li>
<li>之后,当第一轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span> <strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span></strong> ,因为该选择产生的子集 <span class="arithmatex">\([4, 3, \dots]\)</span><code>1.</code> 中生成的子集完全重复。</li>
</ol>
<p>如图 13-11 所示,每一层的选择都是从左到右被逐个尝试的,因此越靠右剪枝越多。</p>
<p>在搜索中,每一层的选择都是从左到右被逐个尝试的,因此越靠右的分支被剪掉的越多。</p>
<ol>
<li>前两轮选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span> , <span class="arithmatex">\(5\)</span> ,生成子集 <span class="arithmatex">\([3, 5, \dots]\)</span></li>
<li>前两轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span> , <span class="arithmatex">\(5\)</span> ,生成子集 <span class="arithmatex">\([4, 5, \dots]\)</span></li>
<li>若第一轮选择 <span class="arithmatex">\(5\)</span> <strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span><span class="arithmatex">\(4\)</span></strong> ,因为子集 <span class="arithmatex">\([5, 3, \dots]\)</span>子集 <span class="arithmatex">\([5, 4, \dots]\)</span> <code>1.</code> , <code>2.</code> 中描述的子集完全重复。</li>
<li>前两轮选择 <span class="arithmatex">\(3\)</span> <span class="arithmatex">\(5\)</span> ,生成子集 <span class="arithmatex">\([3, 5, \dots]\)</span></li>
<li>前两轮选择 <span class="arithmatex">\(4\)</span> <span class="arithmatex">\(5\)</span> ,生成子集 <span class="arithmatex">\([4, 5, \dots]\)</span></li>
<li>若第一轮选择 <span class="arithmatex">\(5\)</span> <strong>则第二轮应该跳过 <span class="arithmatex">\(3\)</span><span class="arithmatex">\(4\)</span></strong> ,因为子集 <span class="arithmatex">\([5, 3, \dots]\)</span><span class="arithmatex">\([5, 4, \dots]\)</span> 与第 <code>1.</code> <code>2.</code> 中描述的子集完全重复。</li>
</ol>
<p><img alt="不同选择顺序导致的重复子集" src="../subset_sum_problem.assets/subset_sum_i_pruning.png" /></p>
<p align="center"> 图 13-11 &nbsp; 不同选择顺序导致的重复子集 </p>
<p>总结来看,给定输入数组 <span class="arithmatex">\([x_1, x_2, \dots, x_n]\)</span> ,设搜索过程中的选择序列为 <span class="arithmatex">\([x_{i_1}, x_{i_2}, \dots , x_{i_m}]\)</span> ,则该选择序列需要满足 <span class="arithmatex">\(i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m\)</span> <strong>不满足该条件的选择序列都会造成重复,应当剪枝</strong></p>
<p>总结来看,给定输入数组 <span class="arithmatex">\([x_1, x_2, \dots, x_n]\)</span> ,设搜索过程中的选择序列为 <span class="arithmatex">\([x_{i_1}, x_{i_2}, \dots, x_{i_m}]\)</span> ,则该选择序列需要满足 <span class="arithmatex">\(i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m\)</span> <strong>不满足该条件的选择序列都会造成重复,应当剪枝</strong></p>
<h3 id="3">3. &nbsp; 代码实现<a class="headerlink" href="#3" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>为实现该剪枝,我们初始化变量 <code>start</code> ,用于指示遍历起点。<strong>当做出选择 <span class="arithmatex">\(x_{i}\)</span> 后,设定下一轮从索引 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 开始遍历</strong>。这样做就可以让选择序列满足 <span class="arithmatex">\(i_1 \leq i_2 \leq \dots \leq i_m\)</span> ,从而保证子集唯一。</p>
<p>除此之外,我们还对代码进行了两项优化</p>
<p>除此之外,我们还对代码进行了以下两项优化</p>
<ul>
<li>在开启搜索前,先将数组 <code>nums</code> 排序。在遍历所有选择时,<strong>当子集和超过 <code>target</code> 时直接结束循环</strong>,因为后边的元素更大,其子集和都一定会超过 <code>target</code></li>
<li>省去元素和变量 <code>total</code><strong>通过在 <code>target</code> 上执行减法来统计元素和</strong>,当 <code>target</code> 等于 <span class="arithmatex">\(0\)</span> 时记录解。</li>