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解题思路:

请先做前置题目「46. 全排列」。

本题和上一题的区别是数组中“存在重复元素”。当数组存在重复元素时,排列方案中也存在重复的排列方案。

为了排除这些重复方案,需在固定某位元素时,保证“每种元素只在此位固定一次”,即遇到重复元素时不交换,直接跳过,从而将生成重复排列的搜索分支进行“剪枝” 。

Picture2.png

递归解析:

  1. 终止条件:x = len(nums) - 1 时,代表所有位已固定(最后一位只有 $1$ 种情况),则将当前组合 nums 转化为数组并加入 res ,并返回。
  2. 递推参数: 当前固定位 x
  3. 递推工作: 初始化一个 Set ,用于排除重复的元素;将第 x 位元素与 i $\in$ [x, len(nums)] 元素分别交换,并进入下层递归。
    1. 剪枝:nums[i] 在 Set​ 中,代表其是重复元素,因此 “剪枝” 。
    2. nums[i] 加入 Set​ ,以便之后遇到重复元素时剪枝。
    3. 固定元素: 将元素 nums[i]nums[x] 交换,即固定 nums[i] 为当前位元素。
    4. 开启下层递归: 调用 dfs(x + 1) ,即开始固定第 x + 1 个元素。
    5. 还原交换: 将元素 nums[i]nums[x] 交换(还原之前的交换)。

下图中 list 对应文中的列表 nums"abc" 对应 123

<Picture3.png,Picture4.png,Picture5.png,Picture6.png,Picture7.png,Picture8.png,Picture9.png,Picture10.png,Picture11.png,Picture12.png,Picture13.png,Picture14.png,Picture15.png,Picture16.png,Picture17.png,Picture18.png>

代码:

Python
class Solution:
    def permuteUnique(self, nums: List[int]) -> List[List[int]]:
        def dfs(x):
            if x == len(nums) - 1:
                res.append(list(nums))   # 添加排列方案
                return
            dic = set()
            for i in range(x, len(nums)):
                if nums[i] in dic: continue # 重复,因此剪枝
                dic.add(nums[i])
                nums[i], nums[x] = nums[x], nums[i]  # 交换,将 nums[i] 固定在第 x 位
                dfs(x + 1)                           # 开启固定第 x + 1 位元素
                nums[i], nums[x] = nums[x], nums[i]  # 恢复交换
        res = []
        dfs(0)
        return res
Java
class Solution {
    List<Integer> nums;
    List<List<Integer>> res;

    void swap(int a, int b) {
        int tmp = nums.get(a);
        nums.set(a, nums.get(b));
        nums.set(b, tmp);
    }

    void dfs(int x) {
        if (x == nums.size() - 1) {
            res.add(new ArrayList<>(nums));  // 添加排列方案
            return;
        }
        HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
        for (int i = x; i < nums.size(); i++) {
            if (set.contains(nums.get(i)))
                continue;            // 重复,因此剪枝
            set.add(nums.get(i));
            swap(i, x);              // 交换,将 nums[i] 固定在第 x 位
            dfs(x + 1);              // 开启固定第 x + 1 位元素
            swap(i, x);              // 恢复交换
        }
    }

    public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
        this.res = new ArrayList<>();
        this.nums = new ArrayList<>();
        for (int num : nums) {
            this.nums.add(num);
        }
        dfs(0);
        return res;
    }
}
C++
class Solution {
public:
    vector<vector<int>> permuteUnique(vector<int>& nums) {
        dfs(nums, 0);
        return res;
    }
private:
    vector<vector<int>> res;
    void dfs(vector<int> nums, int x) {
        if (x == nums.size() - 1) {
            res.push_back(nums);      // 添加排列方案
            return;
        }
        set<int> st;
        for (int i = x; i < nums.size(); i++) {
            if (st.find(nums[i]) != st.end())
                continue;             // 重复,因此剪枝
            st.insert(nums[i]);
            swap(nums[i], nums[x]);   // 交换,将 nums[i] 固定在第 x 位
            dfs(nums, x + 1);         // 开启固定第 x + 1 位元素
            swap(nums[i], nums[x]);   // 恢复交换
        }
    }
};

复杂度分析:

  • 时间复杂度 $O(N!N)$ : 与上一题相同 。
  • 空间复杂度 $O(N^2)$ : 递归中辅助 Set 累计存储的元素数量最多为 $N + (N-1) + ... + 2 + 1 = (N+1)N/2$ ,因此占用 $O(N^2)$ 的额外空间。

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