2017-03-31 15:46:58 +0000   |     algorithm leetcode string backtracking   |   Viewed times   |    

主要收获

强化回溯算法的思维方式。把每个方案抽象成一系列小决策的组合。经典的锯钢条问题把据钢条的方案抽象成在每个可以切割的点选择“切”或者“不切”。这题可以抽象成在每个点可以选择写一个右括号关闭之前还没有关闭的左括号,也可以选择新开一个左括号。 这样就可以把问题转化成n叉树问题。

回溯算法的本质就是n叉树。尤其像每一步都有n种选择的问题,不遍历每一种情况,很难找出答案。这时候就要用到回溯算法。

题目

Given n pairs of parentheses, write a function to generate all combinations of well-formed parentheses.

For example, given n = 3, a solution set is:

[
  "((()))",
  "(()())",
  "(())()",
  "()(())",
  "()()()"
]

回溯算法递归

这是一个标准的回溯算法问题。问题可以抽象成:

给定已有的一个括号串,以及还有几对括号要写,这两个条件,决定下一个括号怎么写。有两个策略:

  1. 如果当前还有未关闭的左括号,可以用一个右括号把之前的左括号关闭。
  2. 如果当前括号的数量还不够,可以再加上一个左括号。

n=3的例子: 递归第一层:left = 3, right = 0. 说明还有3对括号要写,当前没有未关闭的左括号。这时,不能补右括号,唯一的选择就是新开一个左括号。

选择1:空缺。
选择2:写上"("。 left - 1, right + 1。

递归第二层:left = 2, right = 1. 还有2个左括号没写。当前还有1个左括号没关上。所以两个选择都可行,

选择1:补上右括号"()"。 right - 1。
选择2:写上新的左括号"(("。 left - 1, right + 1。

递归第三层:对()来说:left = 2, right = 0. 只有一个选择,就是写新的左括号,

选择1:空缺。
选择2:写新左括号"()("。 left - 1, right + 1。

还是递归第三层:对((来说:left = 1, right = 2. 有两个选择,

选择1:补上右括号"(()"。 right - 1。
选择2:写上新的左括号"((("。 left - 1, right + 1。

以此类推。递归的base case是当left = 0 && right = 0。也就是3对括号全部补全之后,再插入List

关于回溯算法

回溯算法的本质是:n叉树的遍历问题。

每推进一步,规模都会扩大n倍。复杂度为。其中x是一步的选择数,n是步数。

这题是典型的回溯算法。只不过上面抽象出的两种情况都是正确的情况,所以不涉及回退和剪枝。如果不判定任何条件,每次只是随意写(),就会有错误的写法出现,这时候就需要剪枝并回退。

代码

这个版本是优先关闭左括号的。如果把generateParenthesisRecursive()函数的第2,第3行换一下,就变成了优先开新的左括号。

public class Solution {
    public List<String> generateParenthesis(int n) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        if (n == 0) { return list; }
        generateParenthesisRecursive(list,"",n,0);
        return list;
    }
    public void generateParenthesisRecursive(List<String> list, String str, int left, int right) {
        if (left == 0 && right == 0) { list.add(str); return; }
        if (right > 0) { generateParenthesisRecursive(list,str+")",left,right-1); }
        if (left > 0) { generateParenthesisRecursive(list,str+"(",left-1,right+1); }
    }
}

结果

银弹! generate-parentheses-1