子集

子集

1.题目内容

给你一个整数数组 nums ,数组中的元素 互不相同 。返回该数组所有可能的子集(幂集)。

解集 不能 包含重复的子集。你可以按 任意顺序 返回解集。

示例 1:

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

示例 2:

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输入:nums = [0]
输出:[[],[0]]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 10
  • -10 <= nums[i] <= 10
  • nums 中的所有元素 互不相同

2.解法

递归法实现子集枚举

思路及算法

我们也可以用递归来实现子集枚举。

假设我们需要找到一个长度为 n 的序列 a 的所有子序列,代码框架是这样的:

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//C++
vector<int> t;
void dfs(int cur, int n) {
if (cur == n) {
// 记录答案
// ...
return;
}
// 考虑选择当前位置
t.push_back(cur);
dfs(cur + 1, n, k);
t.pop_back();
// 考虑不选择当前位置
dfs(cur + 1, n, k);
}

上面的代码中,dfs(cur,n) 参数表示当前位置是 cur,原序列总长度为 n。原序列的每个位置在答案序列中的状态有被选中和不被选中两种,我们用 t 数组存放已经被选出的数字。在进入 dfs(cur,n) 之前 [0,cur−1] 位置的状态是确定的,而 [cur,n−1] 内位置的状态是不确定的,dfs(cur,n) 需要确定 cur 位置的状态,然后求解子问题 dfs(cur+1,n)。对于 cur 位置,我们需要考虑 a[cur] 取或者不取,如果取,我们需要把 a[cur] 放入一个临时的答案数组中(即上面代码中的 t),再执行 dfs(cur+1,n),执行结束后需要对 t 进行回溯;如果不取,则直接执行 dfs(cur+1,n)。在整个递归调用的过程中,cur 是从小到大递增的,当 cur 增加到 n 的时候,记录答案并终止递归。可以看出二进制枚举的时间复杂度是 O(2^n^)。

代码

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//C++
class Solution {
public:
vector<int> t;
vector<vector<int>> ans;

void dfs(int cur, vector<int>& nums) {
if (cur == nums.size()) {
ans.push_back(t);
return;
}
t.push_back(nums[cur]);
dfs(cur + 1, nums);
t.pop_back();
dfs(cur + 1, nums);
}

vector<vector<int>> subsets(vector<int>& nums) {
dfs(0, nums);
return ans;
}
};
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//Java
class Solution {
List<Integer> t = new ArrayList<Integer>();
List<List<Integer>> ans = new ArrayList<List<Integer>>();

public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
dfs(0, nums);
return ans;
}

public void dfs(int cur, int[] nums) {
if (cur == nums.length) {
ans.add(new ArrayList<Integer>(t));
return;
}
t.add(nums[cur]);
dfs(cur + 1, nums);
t.remove(t.size() - 1);
dfs(cur + 1, nums);
}
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n×2^n^)。一共 2^n^个状态,每种状态需要 O(n) 的时间来构造子集。

  • 空间复杂度:O(n)。临时数组 t 的空间代价是 O(n),递归时栈空间的代价为 O(n)。