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0078.子集.md

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78.子集

力扣题目链接

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],   [1,2,3],   [1,3],   [2,3],   [1,2],   [] ]

思路

求子集问题和77.组合和131.分割回文串又不一样了。

如果把 子集问题、组合问题、分割问题都抽象为一棵树的话，那么组合问题和分割问题都是收集树的叶子节点，而子集问题是找树的所有节点！

其实子集也是一种组合问题，因为它的集合是无序的，子集{1,2} 和 子集{2,1}是一样的。

那么既然是无序，取过的元素不会重复取，写回溯算法的时候，for就要从startIndex开始，而不是从0开始！

有同学问了，什么时候for可以从0开始呢？

求排列问题的时候，就要从0开始，因为集合是有序的，{1, 2} 和{2, 1}是两个集合，排列问题我们后续的文章就会讲到的。

以示例中nums = [1,2,3]为例把求子集抽象为树型结构，如下：

78.子集

从图中红线部分，可以看出遍历这个树的时候，把所有节点都记录下来，就是要求的子集集合。

回溯三部曲

  • 递归函数参数

全局变量数组path为子集收集元素，二维数组result存放子集组合。（也可以放到递归函数参数里）

递归函数参数在上面讲到了，需要startIndex。

代码如下：

vector<vector<int>> result;
vector<int> path;
void backtracking(vector<int>& nums, int startIndex) {
  • 递归终止条件

从图中可以看出：

78.子集

剩余集合为空的时候，就是叶子节点。

那么什么时候剩余集合为空呢？

就是startIndex已经大于数组的长度了，就终止了，因为没有元素可取了，代码如下:

if (startIndex >= nums.size()) {
    return;
}

其实可以不需要加终止条件，因为startIndex >= nums.size()，本层for循环本来也结束了。

  • 单层搜索逻辑

求取子集问题，不需要任何剪枝！因为子集就是要遍历整棵树。

那么单层递归逻辑代码如下：

for (int i = startIndex; i < nums.size(); i++) {
    path.push_back(nums[i]);    // 子集收集元素
    backtracking(nums, i + 1);  // 注意从i+1开始，元素不重复取
    path.pop_back();            // 回溯
}

C++代码

根据关于回溯算法，你该了解这些！给出的回溯算法模板：

void backtracking(参数) {
    if (终止条件) {
        存放结果;
        return;
    }

    for (选择：本层集合中元素（树中节点孩子的数量就是集合的大小）) {
        处理节点;
        backtracking(路径，选择列表); // 递归
        回溯，撤销处理结果
    }
}

可以写出如下回溯算法C++代码：

class Solution {
private:
    vector<vector<int>> result;
    vector<int> path;
    void backtracking(vector<int>& nums, int startIndex) {
        result.push_back(path); // 收集子集，要放在终止添加的上面，否则会漏掉自己
        if (startIndex >= nums.size()) { // 终止条件可以不加
            return;
        }
        for (int i = startIndex; i < nums.size(); i++) {
            path.push_back(nums[i]);
            backtracking(nums, i + 1);
            path.pop_back();
        }
    }
public:
    vector<vector<int>> subsets(vector<int>& nums) {
        result.clear();
        path.clear();
        backtracking(nums, 0);
        return result;
    }
};

在注释中，可以发现可以不写终止条件，因为本来我们就要遍历整颗树。

有的同学可能担心不写终止条件会不会无限递归？

并不会，因为每次递归的下一层就是从i+1开始的。

总结

相信大家经过了

洗礼之后，发现子集问题还真的有点简单了，其实这就是一道标准的模板题。

但是要清楚子集问题和组合问题、分割问题的的区别，子集是收集树形结构中树的所有节点的结果。

而组合问题、分割问题是收集树形结构中叶子节点的结果。

其他语言版本

Java

class Solution {
    List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();// 存放符合条件结果的集合
    LinkedList<Integer> path = new LinkedList<>();// 用来存放符合条件结果
    public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
        if (nums.length == 0){
            result.add(new ArrayList<>());
            return result;
        }
        subsetsHelper(nums, 0);
        return result;
    }

    private void subsetsHelper(int[] nums, int startIndex){
        result.add(new ArrayList<>(path));//「遍历这个树的时候，把所有节点都记录下来，就是要求的子集集合」。
        if (startIndex >= nums.length){ //终止条件可不加
            return;
        }
        for (int i = startIndex; i < nums.length; i++){
            path.add(nums[i]);
            subsetsHelper(nums, i + 1);
            path.removeLast();
        }
    }
}

Python

class Solution:
    def __init__(self):
        self.path: List[int] = []
        self.paths: List[List[int]] = []

    def subsets(self, nums: List[int]) -> List[List[int]]:
        self.paths.clear()
        self.path.clear()
        self.backtracking(nums, 0)
        return self.paths

    def backtracking(self, nums: List[int], start_index: int) -> None:
        # 收集子集，要先于终止判断
        self.paths.append(self.path[:])
        # Base Case
        if start_index == len(nums):
            return

        # 单层递归逻辑
        for i in range(start_index, len(nums)):
            self.path.append(nums[i])
            self.backtracking(nums, i+1)
            self.path.pop()     # 回溯

Go

var res [][]int
func subset(nums []int) [][]int {
	res = make([][]int, 0)
	sort.Ints(nums)
	Dfs([]int{}, nums, 0)
	return res
}
func Dfs(temp, nums []int, start int){
	tmp := make([]int, len(temp))
	copy(tmp, temp)
	res = append(res, tmp)
	for i := start; i < len(nums); i++{
		//if i>start&&nums[i]==nums[i-1]{
		//	continue
		//}
		temp = append(temp, nums[i])
		Dfs(temp, nums, i+1)
		temp = temp[:len(temp)-1]
	}
}

Javascript:

var subsets = function(nums) {
    let result = []
    let path = []
    function backtracking(startIndex) {
        result.push(path.slice())
        for(let i = startIndex; i < nums.length; i++) {
            path.push(nums[i])
            backtracking(i + 1)
            path.pop()
        }
    }
    backtracking(0)
    return result
};

C

int* path;
int pathTop;
int** ans;
int ansTop;
//记录二维数组中每个一维数组的长度
int* length;
//将当前path数组复制到ans中
void copy() {
    int* tempPath = (int*)malloc(sizeof(int) * pathTop);
    int i;
    for(i = 0; i < pathTop; i++) {
        tempPath[i] = path[i];
    }
    ans = (int**)realloc(ans, sizeof(int*) * (ansTop+1));
    length[ansTop] = pathTop;
    ans[ansTop++] = tempPath;
}

void backTracking(int* nums, int numsSize, int startIndex) {
    //收集子集，要放在终止添加的上面，否则会漏掉自己
    copy();
    //若startIndex大于数组大小，返回
    if(startIndex >= numsSize) {
        return;
    }
    int j;
    for(j = startIndex; j < numsSize; j++) {
        //将当前下标数字放入path中
        path[pathTop++] = nums[j];
        backTracking(nums, numsSize, j+1);
        //回溯
        pathTop--;
    }
}

int** subsets(int* nums, int numsSize, int* returnSize, int** returnColumnSizes){
    //初始化辅助变量
    path = (int*)malloc(sizeof(int) * numsSize);
    ans = (int**)malloc(0);
    length = (int*)malloc(sizeof(int) * 1500);
    ansTop = pathTop = 0;
    //进入回溯
    backTracking(nums, numsSize, 0);
    //设置二维数组中元素个数
    *returnSize = ansTop;
    //设置二维数组中每个一维数组的长度
    *returnColumnSizes = (int*)malloc(sizeof(int) * ansTop);
    int i;
    for(i = 0; i < ansTop; i++) {
        (*returnColumnSizes)[i] = length[i];
    }
    return ans;
}