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“思想”并不是一坨剪不断理还乱、学了只能用来吹水的虚无概念。“思想”本质上就是套路, 而且是普适性非常强的套路

在研究递归问题时,我觉得很有必要先了解 for 循环里面的递归是怎么一个执行顺序,否 则直接往下学会很懵逼,看不懂代码

循环下的递归执行

先看一段代码:

let num = 1
function cycle(){
    console.log("111")
    if(num<3){
        num++
        console.log("222")
        cycle()
        console.log("num",num)
    }
    console.log("最后执行")
}
cycle()

执行结果:
111
222
111
222
111
最后执行
num 3
最后执行
num 3
最后执行

第二段代码

function cycle(num){
    if(num === 3){
         return
    }
    console.log("111")
    for(let i=0;i<3;i++){
        console.log("222")
        cycle(num+1)
        console.log("333")
    }
    console.log("最后执行")
}
cycle(0)

这个执行就是下面解法的过程

递归是一个同步执行的过程,如果实在看不懂,就把递归函数展开研究。。。

全排列问题-递归思想

题目描述:给定一个没有重复数字的序列,返回其所有可能的全排列。

示例:
输入: [1,2,3]
输出: [
[1,2,3],
[1,3,2],
[2,1,3],
[2,3,1],
[3,1,2],
[3,2,1]
]

这题的结果数量应该就是 m*(m-1) = 6

我们这样去思考,题目中不变的是“坑位”,我们手里有三张牌,我们要把牌发到坑位中。第 一个坑位有三张牌能选,第二个坑位有两张,第三个坑位没得选。
img

我们把它装换成一棵树看看:
img

现在来看,这个问题不就是一个 DFS 问题,解题思路就是递归。

image.png

如果实在还是不懂可以看这个视频

const permute = (nums)=>{
    let res = [] // 结果数组
    dfs([]) // 传入的 path 用来接收当前的排序内容
    function dfs(path){
        // 当 path 的长度等于数组 nums 的长度时,则 把结果放到 res 中
        if(path.length === nums.length){
            res.push([...path])  // 将 path 结果深拷贝放入 res 中,不深拷贝的话后面结果都是同一个地址
            return
        }

        // 遍历 nums 数组,去给 path 赋值
        for(let i = 0;i< nums.length;i++){
            // 当 path 中存在遍历值,则跳出 continue
            if(path.includes(nums[i])){
                continue
            }

            // 如果 path 不存在当前遍历值
            path.push(nums[i])  // 将当前遍历值放到 path 中

            // 然后递归调用 dfs,将 path 传入,只有当 path 的长度满足要求了才 return
            dfs(path)
            // 这个语句其实就是回溯,此时已经获取到了一个结果 path
            // 当递归执行完了,他会继续执行之前入栈后的代码(path.pop()),执行多少次,得看它被入栈了多少次,这里取决于 path.includes(nums[i])
            // 此时结点就是在最后一层,它需要返回到第二层甚至是第一层
            // 至于返回到那一层取决于 pop 掉一个值后,当前的遍历循环中是否满足 path.includes(nums[i],不满足则继续回溯,继续 pop
            // 就相当于二叉树的左序遍历。
            path.pop()
        }
    }
    // 返回结果
    return res
}

我们也可以使用一个 Map 去记录已经取过的值,避免重复

const permute = function(nums) {
  // 缓存数组的长度
  const len = nums.length
  // curr 变量用来记录当前的排列内容
  const curr = []
  // res 用来记录所有的排列顺序
  const res = []
  // visited 用来避免重复使用同一个数字
  const visited = {}
  // 定义 dfs 函数,入参是坑位的索引(从 0 计数)
  function dfs(nth) {
      // 若遍历到了不存在的坑位(第 len+1 个),则触碰递归边界返回
      if(nth === len) {
          // 此时前 len 个坑位已经填满,将对应的排列记录下来
          res.push(curr.slice())
          return
      }
      // 检查手里剩下的数字有哪些
      for(let i=0;i<len;i++) {
          // 若 nums[i] 之前没被其它坑位用过,则可以理解为“这个数字剩下了”
          if(!visited[nums[i]]) {
              // 给 nums[i] 打个“已用过”的标
              visited[nums[i]] = 1
              // 将nums[i]推入当前排列
              curr.push(nums[i])
              // 基于这个排列继续往下一个坑走去
              dfs(nth+1)
              // nums[i]让出当前坑位
              curr.pop()
              // 下掉“已用过”标识
              visited[nums[i]] = 0
          }
      }
  }
  // 从索引为 0 的坑位(也就是第一个坑位)开始 dfs
  dfs(0)
  return res
};

组合问题:变化的“坑位”,不变的“套路”

题目描述:给定一组不含重复元素的整数数组 nums,返回该数组所有可能的子集(幂集 )。说明:解集不能包含重复的子集。

示例: 输入: nums = [1,2,3]
输出:
[ [3], [1], [2],[1,3],[2,3],[1,2],[1,2,3],[] ]

跟上题对比:多了一个取不去取值的判断,但是不判断顺序,也没有限制取的个数

img

// 入参是一个数组
const subsets = function(nums) {
    // 初始化结果数组
    const res = []
    // 缓存数组长度
    const len = nums.length
    // 初始化组合数组
    const subset = []
    // 进入 dfs
    dfs(0)

    // 定义 dfs 函数,入参是 nums 中的数字索引
    function dfs(index) {
        // 每次进入,都意味着组合内容更新了一次,故直接推入结果数组
        res.push(subset.slice())
        // 从当前数字的索引开始,遍历 nums
        for(let i=index;i<len;i++) {
            subset.push(nums[i])
            dfs(i+1)
            subset.pop()
        }
    }
    // 返回结果数组
    return res
};

看不懂把 dfs 展开
  function dfs(index) {
        res.push(subset.slice())
        for(let i=index;i<len;i++) { 三次 pop 变成 [],i=1,又继续往下走;两次pop又变成[],i=2
            subset.push(nums[i]) i=0,结果 [1];第二遍往下走 i=1,结果 [2];第三遍往下走 i=2.结果[3]
            {
                res.push(subset.slice())
                for(let i=index;i<len;i++) {  两次 pop 变成 [1],i = 2,所以结果[1,3];第二遍往下走 i=2,结果 [2,3]
                    subset.push(nums[i]) i=1, 结果 [1,2]
                    {
                        res.push(subset.slice())
                        for(let i=index;i<len;i++) {
                            subset.push(nums[i]) i=2 结果 [1,2,3]
                            {
                                res.push(subset.slice())
                            }
                            subset.pop() pop:变成 [1,2]
                        }
                    }
                    subset.pop() pop:变成 [1]
                }
                subset.pop() pop:变成 []
            }
            subset.pop()
        }
    }

限定组合问题:及时回溯,即为“剪枝”

题目描述:给定一组不含重复元素的整数数组 nums,返回该数组所有可能的子集(幂集 )。说明:解集不能包含重复的子集。

示例: 输入: n = 4, k = 2
输出:
[
[2,4],
[3,4],
[2,3],
[1,2],
[1,3],
[1,4],
]

img

跟第二题相比,只是限定了数组的大小,在出结果那里限制一些临界条件即可

const combine = function(n, k) {
   // 初始化结果数组
    const res = []
    // 初始化组合数组
    const subset = []
    // 进入 dfs,起始数字是1
    dfs(1)

    // 定义 dfs 函数,入参是当前遍历到的数字
    function dfs(index) {
        if(subset.length === k) {
            res.push(subset.slice())
            return
        }
        // 从当前数字的值开始,遍历 index-n 之间的所有数字
        for(let i=index;i<=n;i++) {
            // 这是当前数字存在于组合中的情况
            subset.push(i)
            // 基于当前数字存在于组合中的情况,进一步 dfs
            dfs(i+1)
            // 这是当前数字不存在与组合中的情况
            subset.pop()
        }
    }
    // 返回结果数组
    return res
};

递归与回溯问题——解题模板总结

什么时候用

看两个特征:

  • 题目中暗示了一个或多个解,并且要求我们详尽地列举出每一个解的内容时,一定要想到 DFS、想到递归回溯。
  • 题目经分析后,可以转化为树形逻辑模型求解。

怎么用

一个模型——树形逻辑模型;两个要点——递归式和递归边界。
树形逻辑模型的构建,关 键在于找“坑位”,一个坑位就对应树中的一层,每一层的处理逻辑往往是一样的,这个逻辑 就是递归式的内容。至于递归边界,要么在题目中约束得非常清楚、要么默认为“坑位”数量 的边界。
用伪代码总结一下编码形式,大部分的题解都符合以下特征:

function xxx(入参) {
  前期的变量定义、缓存等准备工作

  // 定义路径栈
  const path = []

  // 进入 dfs
  dfs(起点)

  // 定义 dfs
  dfs(递归参数) {
    if(到达了递归边界) {
      结合题意处理边界逻辑,往往和 path 内容有关
      return
    }

    // 注意这里也可能不是 for,视题意决定
    for(遍历坑位的可选值) {
      path.push(当前选中值)
      处理坑位本身的相关逻辑
      path.pop()
    }
  }
}