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想问点回溯法和DP的问题

bobo老师你好,我想问关于backtracking、DFS和DP的两个问题。
1)在我的理解当中,这几类题:a)通常求极值(包括最大最小值,最长最短等,例如leetcode第5题最长回文子串),b)某个方案可行不可行(比如leetcode第139题word break等),c)以及一些distinct的方案的总数(比如第60题Unique Path,第70题Climb Stairs等);然后backtracking的题通常都是用来解所有排列组合的题(比如第10题Regular Expression Matching 以及一堆Permutation Combination Subsets相关的题)。
然后我今天做93-Restore IP Addresses的时候,审题的时候如下
图片描述
然后突然想到70-Climbing Stairs,如下图
图片描述
这两道题代码部分我能看懂也能写,但是对回溯法和DP深层次的理解有问题,你看红框和红线的部分,比如93题是求“所有”组成的可能性,70题是求“所有”不一样(distinct)的路径,都是求“所有”的解决方案,为什么93题是用回溯法,70题则是动态规划?这两个“所有”有什么区别?当我遇到新的没见过的算法题的时候,如何才能甄别该用上面写的第c类的DP问题或者是用回溯法呢?
2)回溯法和DFS的区别是什么?我查了一些资料(比如这个链接:https://stackoverflow.com/questions/1294720/whats-the-difference-between-backtracking-and-depth-first-search),
说回溯法是思想,DFS是其中的一种实现,我的理解是回溯法是每个解法都去试试,不行就返回,中间不保存树形结构;而DFS则会保留树形结构,避免重复计算。请问这个理解有没有错误?有没有别的更好的理解方式呢?

非常感谢!

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1回答

第二个问题比较好回答。理解成DFS和回溯没有区别是没问题的。至少我就是这么理解的。只不过在具体用语上,回溯更倾向于是一种算法设计思想,而DFS更像是一个具体的实现手段。


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对于第一个问题,你可能还需要再仔细理解一下我在这个课程所布置的第八,九两章的整体课程设计思路。

尤其是在第九章,讲动态规划的时候,每一个算法我都配合写了一遍记忆化搜索。为什么?因为记忆化搜索本质是回溯搜索的一个优化。由于在回溯搜索的过程中,有大量的重复子问题,所以可以使用记忆化搜索。而动态规划是将这个求解过程从递归转成了递推,或者说从自顶向下转成了自底向上。


所以,不能通过问题类型来推断用什么方法。回溯和动态规划是可以解决同类问题的。在我看来,对于任何一个问题,都可以尝试先使用回溯的方式解决(搜索是计算机领域的万金油的方法,所有的任务总能搜出来),然后在这个过程中,看是否有重叠子问题,如果有,就能用动态规划!


当然,在具体的问题中,有可能你尝试使用回溯法,发现数据规模肯定超时,同时貌似没有重叠子问题,那么在这种情况下,一种可能是有更适合动态规划(或者记忆化搜索)的状态定义方式。(也可以理解成是搜索方式)。

请仔细体会一下背包问题,想一想,如果你没有学过背包算法的话,搜索你会怎么做,但是背包算法的记忆化搜索在怎么搜,这二者有什么区别?


当然,不见得所有你尝试回溯超时的算法,都可以转为动态规划,也有可能是数据结构问题,或者数学问题。找到合适的算法解决问题本身就是算法设计中非常关键的一环。需要大量的练习培养自己的直觉和对问题以及条件的敏感。在我看来,没有一个规则,遵守这个规则,就能找到正确的算法,解决所有问题:)


加油!:)

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  • 提问者 慕数据3866775 #1
    谢谢老师的回答,我需要再去钻研下重叠子问题和最优子结构,这个没吃透的情况下进行下一步总觉得束手束脚,接下来发现问题再来麻烦你
    回复 有任何疑惑可以回复我~ 2018-11-10 16:03:26
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