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synced 2025-07-13 02:38:34 +08:00
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This commit is contained in:
@ -1870,14 +1870,14 @@
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#1215" class="md-nav__link">
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12.1.5. 典型例题
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12.1.5. 优势与局限性
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#1216" class="md-nav__link">
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12.1.6. 优势与局限性
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12.1.6. 典型例题
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@ -1982,6 +1982,8 @@
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@ -2060,6 +2062,20 @@
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<li class="md-nav__item">
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<a href="../../chapter_dynamic_programming/unbounded_knapsack_problem/" class="md-nav__link">
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13.5. 完全背包问题(New)
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</a>
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@ -2236,14 +2252,14 @@
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#1215" class="md-nav__link">
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12.1.5. 典型例题
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12.1.5. 优势与局限性
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</li>
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#1216" class="md-nav__link">
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12.1.6. 优势与局限性
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12.1.6. 典型例题
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</a>
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</li>
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@ -2273,7 +2289,7 @@
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<h1 id="121">12.1. 回溯算法<a class="headerlink" href="#121" title="Permanent link">¶</a></h1>
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<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>
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<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,我们将从前序遍历入手,逐步了解回溯算法的工作原理。</p>
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<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。接下来我们先用前序遍历构造一个回溯问题,逐步了解回溯算法的工作原理。</p>
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<div class="admonition question">
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<p class="admonition-title">例题一</p>
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<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>
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@ -3542,7 +3558,19 @@
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</div>
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</div>
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<p>相较于基于前序遍历的实现代码,基于回溯算法框架的实现代码虽然显得啰嗦,但通用性更好。实际上,<strong>所有回溯问题都可以在该框架下解决</strong>。我们需要根据具体问题来定义 <code>state</code> 和 <code>choices</code> ,并实现框架中的各个方法。</p>
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<h2 id="1215">12.1.5. 典型例题<a class="headerlink" href="#1215" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<h2 id="1215">12.1.5. 优势与局限性<a class="headerlink" href="#1215" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p>回溯算法本质上是一种深度优先搜索算法,它尝试所有可能的解决方案直到找到满足条件的解。这种方法的优势在于它能够找到所有可能的解决方案,而且在合理的剪枝操作下,具有很高的效率。</p>
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<p>然而,在处理大规模或者复杂问题时,<strong>回溯算法的运行效率可能难以接受</strong>。</p>
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<ul>
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<li>在最坏的情况下,回溯算法需要遍历解空间的所有可能解,所需时间很长。例如,求解 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 皇后问题的时间复杂度可以达到 <span class="arithmatex">\(O(n!)\)</span> 。</li>
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<li>在每一次递归调用时,都需要保存当前的状态(例如选择路径、用于剪枝的辅助变量等),对于深度很大的递归,空间需求可能会变得非常大。</li>
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</ul>
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<p>即便如此,<strong>回溯算法仍然是某些搜索问题和约束满足问题的最佳解决方案</strong>。对于这些问题,由于无法预测哪些选择可生成有效的解,因此我们必须对所有可能的选择进行遍历。在这种情况下,<strong>关键是如何进行效率优化</strong>:</p>
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<ul>
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<li>上文介绍过的剪枝是一种常用的优化方法。它可以避免搜索那些肯定不会产生有效解的路径,从而节省时间和空间。</li>
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<li>另一个常用的优化方法是加入「启发式搜索 Heuristic Search」策略,它在搜索过程中引入一些策略或者估计值,从而优先搜索最有可能产生有效解的路径。</li>
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</ul>
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<h2 id="1216">12.1.6. 典型例题<a class="headerlink" href="#1216" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p><strong>搜索问题</strong>:这类问题的目标是找到满足特定条件的解决方案。</p>
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<ul>
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<li>全排列问题:给定一个集合,求出其所有可能的排列组合。</li>
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@ -3562,14 +3590,6 @@
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<li>最大团问题:给定一个无向图,找到最大的完全子图,即子图中的任意两个顶点之间都有边相连。</li>
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</ul>
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<p>请注意,回溯算法通常不是解决组合优化问题的最优方法。0-1 背包问题通常使用动态规划解决;旅行商是一个 NP-Hard 问题,常用解决方法有遗传算法和蚁群算法等;最大团问题是图轮中的一个经典 NP-Hard 问题,通常用贪心算法等启发式算法来解决。</p>
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<h2 id="1216">12.1.6. 优势与局限性<a class="headerlink" href="#1216" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p>回溯算法本质上是一种深度优先搜索算法,它尝试所有可能的解决方案直到找到满足条件的解。这种方法的优势在于它能够找到所有可能的解决方案,而且在合理的剪枝操作下,具有很高的效率。</p>
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<p>然而,在处理大规模或者复杂问题时,<strong>回溯算法的运行效率可能难以接受</strong>。这是因为在最坏的情况下,回溯算法需要遍历解空间的所有可能解。例如,求解 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 皇后问题的时间复杂度可以达到 <span class="arithmatex">\(O(n!)\)</span> 。回溯算法的空间复杂度也可能较高。因为在每一次递归调用时,都需要保存当前的状态(例如选择路径、用于剪枝的辅助变量等),对于深度很大的递归,空间需求可能会变得非常大。</p>
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<p>即便如此,<strong>回溯算法仍然是某些搜索问题和约束满足问题的最佳解决方案</strong>。对于这些问题,由于我们无法预测哪些选择可生成有效的解,因此我们必须对所有可能的选择进行遍历。在这种情况下,<strong>关键是如何进行效率优化</strong>:</p>
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<ul>
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<li>上文介绍过的剪枝是一种常用的优化方法。它可以避免搜索那些肯定不会产生有效解的路径,从而节省时间和空间。</li>
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<li>另一个常用的优化方法是加入「启发式搜索 Heuristic Search」策略,它在搜索过程中引入一些策略或者估计值,从而优先搜索最有可能产生有效解的路径。</li>
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</ul>
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