【问题标题】:Given an array of integers find all "maximal" subsets给定一个整数数组,找到所有“最大”子集
【发布时间】:2017-06-20 19:36:12
【问题描述】:

给定一个上限d 和一个整数数组,返回元素总和为<= d 的所有子集(作为数组),并且我们不能从数组中添加任何其他元素,例如<= d没有违反。

例子:

d = 4;
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};

int[][] solution = findAllMaximalSubsets(arr, d);

System.out.println(Arrays.deepToString(solution));

Output: { {1, 2}, {1, 3}, {4} }

这个方法findAllMaximalSubsets(int[] arr, d) 是我正在研究的另一个算法中的一个子程序。我怀疑解决方案是Np-ish,这很好。

目前我没有办法解决这个问题:/

【问题讨论】:

  • 您是否要求有人为您编写代码? Stack Overflow 的工作原理并非如此。
  • 似乎是一个动态规划问题。如果你搜索“动态编程子集”,网上应该有几个例子
  • @DawoodibnKareem 我不指望它的代码,例如有人用有用的链接向我指出正确的方向我很好。也许问题可以简化为更常见的问题,或者这是我以前从未听说过的常见问题。我要求的是帮助找到解决方案,根本不必是代码。
  • 好的,这里有个提示。如果 x 是您的集合的成员,那么您将需要包含 x 的子集以及不包含 x 的子集.这两个部分中的每一个都是同一问题的较小版本,因此看起来可以通过一些递归来完成。
  • @svasa 子集总和问题似乎与我正在寻找的相似。看起来我需要找到多次总和为某个值

标签: java arrays algorithm


【解决方案1】:

不同意 cmets 说 Stack Overflow 不是为您编写代码的地方。我想我可以用代码比用文字更好、更准确地解释细节,所以我在这里提供代码。我也承认写它是一种乐趣(这本身并不是发布它的借口)。

我在这里没有使用任何动态编程或任何图表。我是使用 Dawood Ibn Kareem 的想法,尝试使用和不使用 x,并使用递归来解决问题的其余部分。

在对递归方法的每次调用中,我都传递数组a 和上限capacity;这些在每次调用中都是相同的。我传递了一个部分解决方案,告诉哪些先前考虑的元素包含在当前正在构建的子集中,以及包含元素的总和只是为了方便。最后,我传递了迄今为止遗漏的最小元素。这将允许我最终检查我们是否最终得到了一个无法添加其他元素的集合。

我没有给你你期望的返回类型,但我相信你会在重要的时候转换自己。原因是我假设数组元素是不同的,即使有些元素是相等的。如果数组是{ 1, 3, 2, 3, 5 },解包含{ 1, 3 },你不知道我拿的是哪个3s。所以我给你一个布尔数组,要么是 { true, true, false, false, false }(如果我拿了前 3 个)或 { true, false, false, true, false }(如果我拿了第二个 3)(实际上我会给你两个)。

/**
 * Calculates all subsets of a that have a sum <= capacity
 * and to which one cannot add another element from a without exceeding the capacity.
 * @param a elements to put in sets;
 * even when two elements from a are equal, they are considered distinct
 * @param capacity maximum sum of a returned subset
 * @return collection of subsets of a.
 * Each subset is represented by a boolean array the same length as a
 * where true means that the element in the same index in a is included,
 * false that it is not included.
 */
private static Collection<boolean[]> maximalSubsetsWithinCapacity(int[] a, int capacity) {
    List<boolean[]> b = new ArrayList<>();
    addSubsets(a, capacity, new boolean[0], 0, Integer.MAX_VALUE, b);
    return b;
}

/** add to b all allowed subsets where the the membership for the first members of a is determined by paritalSubset
 * and where remaining capacity is smaller than smallestMemberLeftOut
 */
private static void addSubsets(int[] a, int capacity, boolean[] partialSubset, int sum,
        int smallestMemberLeftOut, List<boolean[]> b) {
    assert sum == IntStream.range(0, partialSubset.length)
            .filter(ix -> partialSubset[ix])
            .map(ix -> a[ix])
            .sum() 
            : Arrays.toString(a) + ' ' + Arrays.toString(partialSubset) + ' ' + sum;
    int remainingCapacity = capacity - sum;
    if (partialSubset.length == a.length) { // done
        // check capacity constraint: if there’s still room for a member of size smallestMemberLeftOut,
        // we have violated the maximality constraint
        if (remainingCapacity < smallestMemberLeftOut) { // OK, no more members could have been added
            b.add(partialSubset);
        }
    } else {
        // try next element from a.
        int nextElement = a[partialSubset.length];
        // i.e., decide whether  should be included.
        // try with and without.

        // is including nextElement a possibility?
        if (nextElement <= remainingCapacity) { // yes
            boolean[] newPartialSubset = Arrays.copyOf(partialSubset, partialSubset.length + 1);
            newPartialSubset[partialSubset.length] = true; // include member
            addSubsets(a, capacity, newPartialSubset, sum + nextElement, smallestMemberLeftOut, b);
        }

        // try leaving nextElement out
        boolean[] newPartialSubset = Arrays.copyOf(partialSubset, partialSubset.length + 1);
        newPartialSubset[partialSubset.length] = false; // exclude member
        int newSmallestMemberLeftOut = smallestMemberLeftOut;
        if (nextElement < smallestMemberLeftOut) {
            newSmallestMemberLeftOut = nextElement;
        }
        addSubsets(a, capacity, newPartialSubset, sum, newSmallestMemberLeftOut, b);
    }

在某些地方有点棘手。我希望我的 cmets 能帮助你度过难关。否则请询问。

让我们试试吧:

    int[] a = { 5, 1, 2, 6 };
    Collection<boolean[]> b = maximalSubsetsWithinCapacity(a, 8);
    b.forEach(ba -> System.out.println(Arrays.toString(ba)));

此代码打印:

[true, true, true, false]
[false, true, false, true]
[false, false, true, true]
  • [true, true, true, false] 表示 5、1 和 2 的子集。总和为 8,因此正好符合 8 的容量 (d)。
  • [false, true, false, true] 表示 1 和 6,总和为 7,不能加 2,否则会超出容量
  • 最后 [false, false, true, true] 表示 2 和 6,也正好适合容量 d。

我相信这会耗尽您的限制范围内的可能性。

【讨论】:

    【解决方案2】:

    也许你可以像下面这样找到所有子集的组合,并添加所有子集元素并与 d 进行比较。

    ====================

      private static void findAllMaximalSubsets(int[] arr,int d) {
    
    
       for(int i=0;i<arr.length;i++) {
           for (int j =i;j< arr.length;j++) {
               int sum = 0;
               for (int k = i; k <= j; k++) {
                   sum = sum + arr[k];
               }
               if (sum <= d) 
                   //add the array elements from k o j to the 2D arry
           }
       }    
    }
    

    【讨论】:

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