求这组数组成的小于 n 的最大数

可以通过 回溯法 来解决这个问题,通过从高位到低位逐位构建目标数字。具体步骤如下:

思路与算法

  1. 排序数组:对给定的数字组进行降序排序,这样可以尽快构造接近目标的最大数字。
  2. 逐位构建数字:从最高位开始逐位尝试填入合适的数字:
    • 若找到合适的数字,就继续往下位填入数字。
    • 若某位无法填入合适的数字,则向上一位借位,并尝试用小一点的数字填充。
  3. 递归回溯:在当前位无法找到合适数字时,通过回溯降低前一位数字,再从当前位继续构造。

Python 代码实现

pythonCopy codedef largestNumberLessThanN(digits, n):
    # 将输入的 digits 降序排序
    digits.sort(reverse=True)
    
    # 将 n 转换为字符数组
    str_n = str(n)
    length = len(str_n)

    # 递归函数,返回小于n的最大数字
    def dfs(pos, isLimited, curNum):
        if pos == length:
            return curNum

        max_digit = int(str_n[pos]) if isLimited else digits[0]

        for digit in digits:
            if digit > max_digit:
                continue

            result = dfs(pos + 1, isLimited and digit == max_digit, curNum * 10 + digit)
            if result != -1:
                return result
        
        return -1

    return dfs(0, True, 0)

# 示例
digits = [1, 2, 5]
n = 423
result = largestNumberLessThanN(digits, n)
print(result)  # 输出:255

解释

  • 排序:先对输入的 digits 进行降序排序,以便优先尝试较大的数字。
  • 回溯算法:在每一位上选择合适的数字,如果无法填充到满足要求的数字时,通过递归逐位返回。
  • 边界条件:当数字填满长度时返回结果。

示例

  • 输入:digits = [1, 2, 5], n = 423
    • 最大数是 255

递归回溯的详细讲解

在解决这个问题时,递归回溯的思路是通过逐位选择数字来构造一个小于目标值的最大数。如果某一位上无法填入合适的数字,就回溯到上一位进行尝试。下面详细说明递归回溯的整个过程。

1. 问题重述

  • 给定一组数字 digits 和目标数字 n,我们需要用这组数字尽量组合成小于 n 的最大数字。
  • 例如:
    • 输入:digits = [1, 2, 5], n = 423
    • 输出:255

2. 递归回溯的实现细节

我们从高位到低位逐位构建目标数字,使用回溯进行逐位选择,并在不满足条件时退回上一步进行尝试。

3. 递归回溯的过程详解

1. 排序并准备递归

  • 先对 digits 按降序排序(例如,[5, 2, 1]),这样可以优先选择较大的数字,尽可能构造出接近目标值的最大数。
  • n 转换为字符串表示,方便按位处理。

2. 递归函数的定义

  • 递归函数的参数
    • pos:表示当前处理的位数,从左至右递增。
    • isLimited:表示当前是否受限于目标数字 n(即在当前位是否需要小于或等于 n 的对应位)。
    • curNum:当前构造的数字。

3. 递归的核心逻辑

  • 基准条件:如果递归深度达到目标数字的长度,即所有位都已处理完,返回构造的数字。
  • 选择合适的数字
    • 在当前位上,从降序的 digits 中选择一个小于等于当前位的数字。
    • 如果 isLimitedTrue,则需要考虑不能超过目标数的对应位;否则,可以任意选择。
  • 递归调用
    • 如果找到合适的数字,则在下一位递归调用,继续构造数字。
  • 回溯
    • 如果当前位的所有数字都不满足条件,则返回上一位尝试较小的数字。

4. 逐步过程示例

  • 输入digits = [1, 2, 5], n = 423
  • 目标:构造小于 423 的最大数。
  1. 第1位(pos = 0)
    • 目标数是 4digits 排序后为 [5, 2, 1]
    • 5 开始,但 5 > 4,所以跳过。
    • 选择 2,此时构造的数字为 2
  2. 第2位(pos = 1)
    • 目标数是 2,因为上一位选择了 2,所以当前不受限制,可以选择最大数 5
    • 选择 5,构造的数字为 25
  3. 第3位(pos = 2)
    • 目标数是 3,当前无限制,可以选择最大数 5
    • 选择 5,构造的数字为 255

4. 代码详细解释

以下是代码和递归回溯过程的注释:

pythonCopy codedef largestNumberLessThanN(digits, n):
    # 1. 将输入的 digits 降序排序
    digits.sort(reverse=True)

    # 2. 将 n 转换为字符数组,便于逐位处理
    str_n = str(n)
    length = len(str_n)

    # 3. 递归函数,构造小于 n 的最大数字
    def dfs(pos, isLimited, curNum):
        # 基准条件:所有位都已处理
        if pos == length:
            return curNum

        # 如果受限制,当前最大可用的数字是目标数的对应位
        max_digit = int(str_n[pos]) if isLimited else digits[0]

        # 遍历当前可用的 digits
        for digit in digits:
            # 如果当前数字大于限制,则跳过
            if digit > max_digit:
                continue

            # 递归调用,处理下一位
            result = dfs(pos + 1, isLimited and (digit == max_digit), curNum * 10 + digit)
            if result != -1:
                return result
        
        # 无法构造满足条件的数
        return -1

    # 4. 从第0位开始递归
    return dfs(0, True, 0)

5. 回溯中的重要概念

  • 当前选择的数字不满足条件时:返回上一层并选择更小的数字。
  • 逐步构造的数字不满足时:通过递归回退到前一位,并重新选择可能的数字。
  • 逐位递归与全局结果:递归过程中,每次都尝试在当前位找到最大值,并在最后返回最优解。

6. 递归回溯的特点

  • 逐步决策:每一步尝试选择一个可能的数字,如果不行则回退重试。
  • 最优解:每次选择较大的数字,确保构造的数字尽可能接近目标值。
  • 深度优先:通过深度优先遍历所有可能的组合,找到小于目标的最大数。

总结

  • 递归回溯通过逐位决策和回退,尝试在每一位构造满足条件的最大值。如果某一步无法继续,就通过回溯返回上一层尝试新的选择。
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