参与本项目，贡献其他语言版本的代码，拥抱开源，让更多学习算法的小伙伴们收益！
> 别看本篇选的是组合总和III，而不是组合总和，本题和上一篇77.组合相比难度刚刚好！
# 216.组合总和III
[力扣题目链接](https://leetcode.cn/problems/combination-sum-iii/)
找出所有相加之和为 n 的 k 个数的组合。组合中只允许含有 1 - 9 的正整数，并且每种组合中不存在重复的数字。
说明：
* 所有数字都是正整数。
* 解集不能包含重复的组合。
示例 1:
输入: k = 3, n = 7
输出: [[1,2,4]]
示例 2:
输入: k = 3, n = 9
输出: [[1,2,6], [1,3,5], [2,3,4]]
# 算法公开课
**《代码随想录》算法视频公开课：[和组合问题有啥区别？回溯算法如何剪枝？| LeetCode：216.组合总和III](https://www.bilibili.com/video/BV1wg411873x)，相信结合视频再看本篇题解，更有助于大家对本题的理解**。
# 思路
本题就是在[1,2,3,4,5,6,7,8,9]这个集合中找到和为n的k个数的组合。
相对于[77. 组合](https://programmercarl.com/0077.组合.html)，无非就是多了一个限制，本题是要找到和为n的k个数的组合，而整个集合已经是固定的了[1,...,9]。
想到这一点了，做过[77. 组合](https://programmercarl.com/0077.组合.html)之后，本题是简单一些了。
本题k相当于树的深度，9（因为整个集合就是9个数）就是树的宽度。
例如 k = 2，n = 4的话，就是在集合[1,2,3,4,5,6,7,8,9]中求 k（个数） = 2, n（和） = 4的组合。
选取过程如图：
图中，可以看出，只有最后取到集合（1，3）和为4 符合条件。
## 回溯三部曲
* **确定递归函数参数**
和[77. 组合](https://programmercarl.com/0077.组合.html)一样，依然需要一维数组path来存放符合条件的结果，二维数组result来存放结果集。
这里我依然定义path 和 result为全局变量。
至于为什么取名为path？从上面树形结构中，可以看出，结果其实就是一条根节点到叶子节点的路径。
```cpp
vector> result; // 存放结果集
vector path; // 符合条件的结果
```
接下来还需要如下参数：
* targetSum（int）目标和，也就是题目中的n。
* k（int）就是题目中要求k个数的集合。
* sum（int）为已经收集的元素的总和，也就是path里元素的总和。
* startIndex（int）为下一层for循环搜索的起始位置。
所以代码如下：
```cpp
vector> result;
vector path;
void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex)
```
其实这里sum这个参数也可以省略，每次targetSum减去选取的元素数值，然后判断如果targetSum为0了，说明收集到符合条件的结果了，我这里为了直观便于理解，还是加一个sum参数。
还要强调一下，回溯法中递归函数参数很难一次性确定下来，一般先写逻辑，需要啥参数了，填什么参数。
* 确定终止条件
什么时候终止呢？
在上面已经说了，k其实就已经限制树的深度，因为就取k个元素，树再往下深了没有意义。
所以如果path.size() 和 k相等了，就终止。
如果此时path里收集到的元素和（sum） 和targetSum（就是题目描述的n）相同了，就用result收集当前的结果。
所以 终止代码如下：
```CPP
if (path.size() == k) {
if (sum == targetSum) result.push_back(path);
return; // 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回
}
```
* **单层搜索过程**
本题和[77. 组合](https://programmercarl.com/0077.组合.html)区别之一就是集合固定的就是9个数[1,...,9]，所以for循环固定i<=9
如图：
处理过程就是 path收集每次选取的元素，相当于树型结构里的边，sum来统计path里元素的总和。
代码如下：
```CPP
for (int i = startIndex; i <= 9; i++) {
sum += i;
path.push_back(i);
backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex
sum -= i; // 回溯
path.pop_back(); // 回溯
}
```
**别忘了处理过程 和 回溯过程是一一对应的，处理有加，回溯就要有减！**
参照[关于回溯算法，你该了解这些！](https://programmercarl.com/回溯算法理论基础.html)中的模板，不难写出如下C++代码：
```CPP
class Solution {
private:
vector> result; // 存放结果集
vector path; // 符合条件的结果
// targetSum：目标和，也就是题目中的n。
// k：题目中要求k个数的集合。
// sum：已经收集的元素的总和，也就是path里元素的总和。
// startIndex：下一层for循环搜索的起始位置。
void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex) {
if (path.size() == k) {
if (sum == targetSum) result.push_back(path);
return; // 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回
}
for (int i = startIndex; i <= 9; i++) {
sum += i; // 处理
path.push_back(i); // 处理
backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex
sum -= i; // 回溯
path.pop_back(); // 回溯
}
}
public:
vector> combinationSum3(int k, int n) {
result.clear(); // 可以不加
path.clear(); // 可以不加
backtracking(n, k, 0, 1);
return result;
}
};
```
## 剪枝
这道题目，剪枝操作其实是很容易想到了，想必大家看上面的树形图的时候已经想到了。
如图：
已选元素总和如果已经大于n（图中数值为4）了，那么往后遍历就没有意义了，直接剪掉。
那么剪枝的地方可以放在递归函数开始的地方，剪枝代码如下：
```cpp
if (sum > targetSum) { // 剪枝操作
return;
}
```
当然这个剪枝也可以放在 调用递归之前，即放在这里，只不过要记得 要回溯操作给做了。
```CPP
for (int i = startIndex; i <= 9 - (k - path.size()) + 1; i++) { // 剪枝
sum += i; // 处理
path.push_back(i); // 处理
if (sum > targetSum) { // 剪枝操作
sum -= i; // 剪枝之前先把回溯做了
path.pop_back(); // 剪枝之前先把回溯做了
return;
}
backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex
sum -= i; // 回溯
path.pop_back(); // 回溯
}
```
和[回溯算法：组合问题再剪剪枝](https://programmercarl.com/0077.组合优化.html) 一样，for循环的范围也可以剪枝，i <= 9 - (k - path.size()) + 1就可以了。
最后C++代码如下：
```CPP
class Solution {
private:
vector> result; // 存放结果集
vector path; // 符合条件的结果
void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex) {
if (sum > targetSum) { // 剪枝操作
return; // 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回
}
if (path.size() == k) {
if (sum == targetSum) result.push_back(path);
return;
}
for (int i = startIndex; i <= 9 - (k - path.size()) + 1; i++) { // 剪枝
sum += i; // 处理
path.push_back(i); // 处理
backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex
sum -= i; // 回溯
path.pop_back(); // 回溯
}
}
public:
vector> combinationSum3(int k, int n) {
result.clear(); // 可以不加
path.clear(); // 可以不加
backtracking(n, k, 0, 1);
return result;
}
};
```
* 时间复杂度: O(n * 2^n)
* 空间复杂度: O(n)
# 总结
开篇就介绍了本题与[77.组合](https://programmercarl.com/0077.组合.html)的区别，相对来说加了元素总和的限制，如果做完[77.组合](https://programmercarl.com/0077.组合.html)再做本题在合适不过。
分析完区别，依然把问题抽象为树形结构，按照回溯三部曲进行讲解，最后给出剪枝的优化。
相信做完本题，大家对组合问题应该有初步了解了。
# 其他语言版本
## Java
模板方法
```java
class Solution {
List> result = new ArrayList<>();
LinkedList path = new LinkedList<>();
public List> combinationSum3(int k, int n) {
backTracking(n, k, 1, 0);
return result;
}
private void backTracking(int targetSum, int k, int startIndex, int sum) {
// 减枝
if (sum > targetSum) {
return;
}
if (path.size() == k) {
if (sum == targetSum) result.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
// 减枝 9 - (k - path.size()) + 1
for (int i = startIndex; i <= 9 - (k - path.size()) + 1; i++) {
path.add(i);
sum += i;
backTracking(targetSum, k, i + 1, sum);
//回溯
path.removeLast();
//回溯
sum -= i;
}
}
}
// 上面剪枝 i <= 9 - (k - path.size()) + 1; 如果还是不清楚
// 也可以改为 if (path.size() > k) return; 执行效率上是一样的
class Solution {
LinkedList path = new LinkedList<>();
List> ans = new ArrayList<>();
public List> combinationSum3(int k, int n) {
build(k, n, 1, 0);
return ans;
}
private void build(int k, int n, int startIndex, int sum) {
if (sum > n) return;
if (path.size() > k) return;
if (sum == n && path.size() == k) {
ans.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for(int i = startIndex; i <= 9; i++) {
path.add(i);
sum += i;
build(k, n, i + 1, sum);
sum -= i;
path.removeLast();
}
}
}
```
其他方法
```java
class Solution {
List> res = new ArrayList<>();
List list = new ArrayList<>();
public List> combinationSum3(int k, int n) {
res.clear();
list.clear();
backtracking(k, n, 9);
return res;
}
private void backtracking(int k, int n, int maxNum) {
if (k == 0 && n == 0) {
res.add(new ArrayList<>(list));
return;
}
// 因为不能重复，并且单个数字最大值是maxNum，所以sum最大值为
// （maxNum + (maxNum - 1) + ... + (maxNum - k + 1)） == k * maxNum - k*(k - 1) / 2
if (maxNum == 0
|| n > k * maxNum - k * (k - 1) / 2
|| n < (1 + k) * k / 2) {
return;
}
list.add(maxNum);
backtracking(k - 1, n - maxNum, maxNum - 1);
list.remove(list.size() - 1);
backtracking(k, n, maxNum - 1);
}
}
```
## Python
```py
class Solution:
def combinationSum3(self, k: int, n: int) -> List[List[int]]:
result = [] # 存放结果集
self.backtracking(n, k, 0, 1, [], result)
return result
def backtracking(self, targetSum, k, currentSum, startIndex, path, result):
if currentSum > targetSum: # 剪枝操作
return # 如果path的长度等于k但currentSum不等于targetSum，则直接返回
if len(path) == k:
if currentSum == targetSum:
result.append(path[:])
return
for i in range(startIndex, 9 - (k - len(path)) + 2): # 剪枝
currentSum += i # 处理
path.append(i) # 处理
self.backtracking(targetSum, k, currentSum, i + 1, path, result) # 注意i+1调整startIndex
currentSum -= i # 回溯
path.pop() # 回溯
```
## Go
回溯+减枝
```go
var (
res [][]int
path []int
)
func combinationSum3(k int, n int) [][]int {
res, path = make([][]int, 0), make([]int, 0, k)
dfs(k, n, 1, 0)
return res
}
func dfs(k, n int, start int, sum int) {
if len(path) == k {
if sum == n {
tmp := make([]int, k)
copy(tmp, path)
res = append(res, tmp)
}
return
}
for i := start; i <= 9; i++ {
if sum + i > n || 9-i+1 < k-len(path) {
break
}
path = append(path, i)
dfs(k, n, i+1, sum+i)
path = path[:len(path)-1]
}
}
```
## javaScript
```js
/**
* @param {number} k
* @param {number} n
* @return {number[][]}
*/
var combinationSum3 = function(k, n) {
let res = [];
let path = [];
let sum = 0;
const dfs = (path,index) => {
// 剪枝操作
if (sum > n){
return
}
if (path.length == k) {
if(sum == n){
res.push([...path]);
return
}
}
for (let i = index; i <= 9 - (k-path.length) + 1;i++) {
path.push(i);
sum = sum + i;
index += 1;
dfs(path,index);
sum -= i
path.pop()
}
}
dfs(path,1);
return res
};
```
## TypeScript
```typescript
function combinationSum3(k: number, n: number): number[][] {
const resArr: number[][] = [];
function backTracking(k: number, n: number, sum: number, startIndex: number, tempArr: number[]): void {
if (sum > n) return;
if (tempArr.length === k) {
if (sum === n) {
resArr.push(tempArr.slice());
}
return;
}
for (let i = startIndex; i <= 9 - (k - tempArr.length) + 1; i++) {
tempArr.push(i);
backTracking(k, n, sum + i, i + 1, tempArr);
tempArr.pop();
}
}
backTracking(k, n, 0, 1, []);
return resArr;
};
```
## Rust
```Rust
impl Solution {
pub fn combination_sum3(k: i32, n: i32) -> Vec> {
let mut result = vec![];
let mut path = vec![];
Self::backtrace(&mut result, &mut path, n, k, 0, 1);
result
}
pub fn backtrace(
result: &mut Vec>,
path: &mut Vec,
target_sum: i32,
k: i32,
sum: i32,
start_index: i32,
) {
if sum > target_sum {
return;
}
let len = path.len() as i32;
if len == k {
if sum == target_sum {
result.push(path.to_vec());
}
return;
}
for i in start_index..=9 - (k - len) + 1 {
path.push(i);
Self::backtrace(result, path, target_sum, k, sum + i, i + 1);
path.pop();
}
}
}
```
## C
```c
int* path;
int pathTop;
int** ans;
int ansTop;
int getPathSum() {
int i;
int sum = 0;
for(i = 0; i < pathTop; i++) {
sum += path[i];
}
return sum;
}
void backtracking(int targetSum, int k, int sum, int startIndex) {
if(pathTop == k) {
if(sum == targetSum) {
int* tempPath = (int*)malloc(sizeof(int) * k);
int j;
for(j = 0; j < k; j++)
tempPath[j] = path[j];
ans[ansTop++] = tempPath;
}
// 如果path.size() == k 但sum != targetSum 直接返回
return;
}
int i;
//从startIndex开始遍历，一直遍历到9
for (i = startIndex; i <= 9; i++) {
sum += i; // 处理
path[pathTop++] = i; // 处理
backtracking(targetSum, k, sum, i + 1); // 注意i+1调整startIndex
sum -= i; // 回溯
pathTop--;; // 回溯
}
}
int** combinationSum3(int k, int n, int* returnSize, int** returnColumnSizes){
//初始化辅助变量
path = (int*)malloc(sizeof(int) * k);
ans = (int**)malloc(sizeof(int*) * 20);
pathTop = ansTop = 0;
backtracking(n, k, 0, 1);
//设置返回的二维数组中元素个数为ansTop
*returnSize = ansTop;
//设置二维数组中每个元素个数的大小为k
*returnColumnSizes = (int*)malloc(sizeof(int) * ansTop);
int i;
for(i = 0; i < ansTop; i++) {
(*returnColumnSizes)[i] = k;
}
return ans;
}
```
## Swift
```swift
func combinationSum3(_ count: Int, _ targetSum: Int) -> [[Int]] {
var result = [[Int]]()
var path = [Int]()
func backtracking(sum: Int, start: Int) {
// 剪枝
if sum > targetSum { return }
// 终止条件
if path.count == count {
if sum == targetSum {
result.append(path)
}
return
}
// 单层逻辑
let end = 9
guard start <= end else { return }
for i in start ... end {
path.append(i) // 处理
backtracking(sum: sum + i, start: i + 1)
path.removeLast() // 回溯
}
}
backtracking(sum: 0, start: 1)
return result
}
```
## Scala
```scala
object Solution {
import scala.collection.mutable
def combinationSum3(k: Int, n: Int): List[List[Int]] = {
var result = mutable.ListBuffer[List[Int]]()
var path = mutable.ListBuffer[Int]()
def backtracking(k: Int, n: Int, sum: Int, startIndex: Int): Unit = {
if (sum > n) return // 剪枝，如果sum>目标和，就返回
if (sum == n && path.size == k) {
result.append(path.toList)
return
}
// 剪枝
for (i <- startIndex to (9 - (k - path.size) + 1)) {
path.append(i)
backtracking(k, n, sum + i, i + 1)
path = path.take(path.size - 1)
}
}
backtracking(k, n, 0, 1) // 调用递归方法
result.toList // 最终返回结果集的List形式
}
}
```
