Java - 为什么必须为每个回溯基本案例创建一个新实例？答案

【问题标题】：Java - Why do you have to create a new instance for each backtracking base case?Java - 为什么必须为每个回溯基本案例创建一个新实例？
【发布时间】：2018-07-14 23:19:43
【问题描述】：

一个经典的回溯示例是生成整数列表的所有（不一定是不同的）排列。

例如，这是我编写的一个函数：

List<List<Integer>> perm_set = new ArrayList<>(); // store permutations

private void permute(int[] nums, List<Integer> perm, boolean[] used) {
    if (perm.size() == nums.length) {
        // System.out.println(perm);
        perm_set.add(new ArrayList<>(perm));  // why is it necessary to add new?
        return;
    }

    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (used[i]) {
            continue;
        }
        used[i] = true;
        perm.add(nums[i]);
        permute_simple(nums, perm, used);
        used[i] = false;
        perm.remove(perm.size() - 1);
    }
}

上述功能有效，但我不明白为什么每次要添加排列时都需要new ArrayList<>(perm)，即在每次回溯搜索完成时。我添加了一个打印语句来尝试查看发生了什么，果然排列打印得很好。但是如果我只使用perm_set.add(perm)，我最终会得到一个空白列表。

那么，如果每次搜索结束时的当前排列状态是正确的，为什么我必须为每个案例创建一个新副本？

请注意，该示例是任意的。这个问题并不特定于我提供的代码或特定于排列。它更广泛地适用于典型的 DFS 问题。我想了解为什么通常不能简单地直接存储最终结果，以及为什么需要 new 关键字。

谢谢

【问题讨论】：

什么是perm_set？这是发布的代码中唯一一次使用它。另外，nums 是什么？这个问题缺乏很多细节和相关背景。
是的，它缺少细节，因为示例并不重要。该示例仅用于演示有关回溯的一般概念问题。您询问的所有变量都不会改变或协助基本问题。我在问为什么每次搜索结束时都需要 new 关键字。排列示例是任意的，可能是任何其他典型的 DFS 问题。现在由于您不必要的反对，我不太可能得到有助于我了解这种行为的回应。
因为如果你只是添加perm，它仍然可以在外部进行修改。通过创建新列表，您可以确保一旦添加到 perm_set 数组中，对 perm 变量的修改不会影响已添加到 perm_set 的列表
所以对perm 的进一步修改仍然会影响列表中的一些perm？那是因为列表是可变的吗？这是有道理的，那么当问题处理例如字符串时，为什么不需要新实例。
我不相信代码如图所示会真正起作用。首先，缺少perm_simple 的定义。

标签： java object permutation backtracking

【解决方案1】：

考虑以下几点：

这将完全按预期工作。

@Test
public void testPass() {

    ArrayList<String> listA = new ArrayList<String>();
    listA.add("a");

    ArrayList<String> listB = new ArrayList<String>(listA);

    Assert.assertTrue(listB.get(0).equals("a"));
}

这将失败，因为如果在复制后修改了原始列表。

@Test
public void testFail() {

    ArrayList<String> listA = new ArrayList<String>();

    ArrayList<String> listB = new ArrayList<String>(listA);

    // A, modified after the copy has been made
    listA.add("a");

    Assert.assertTrue(listB.get(0).equals("a"));
    // This will throw and IndexOutOfBoundsException, as listB is empty.
}

这将失败，因为listB 为空。在修改之前，它已获得 listA 的副本。

【讨论】：

啊，明白了。所以就像没有创建new 实例一样，它们都指向同一个对象，因此所有修改都将应用于每个指针的引用。
正确，使用旧数组创建一个新数组，本质上将创建该数组的副本，因此以后的修改不会影响原始集合。这不仅仅是new，而是您将原点传递给constructor。

【解决方案2】：

（这是一个更一般的答案的尝试，认识到该问题通常是关于 DFS 的。）

那么，如果每次搜索结束时当前排列的状态是正确的，为什么我必须为每个案例创建一个 perm 的新副本？

简短回答：这是必要的，因为您要更改perm。

更长的答案：您的List<List<Integer> 正在记录正确解决方案的状态快照。如果您没有复制状态（即拍摄快照），您最终会得到包含对同一 ArrayList<Integer> 对象的 N 个引用的 perm_set；即最后一个排列的 N 个副本。

请注意，在您的示例代码中，策略是在每次递归调用之前修改状态（perm 和 used），然后在返回时撤消修改。另一种策略是在递归之前对状态进行快照，然后丢弃状态。如果您要尝试并行化算法，或者撤消的成本或复杂性太高，那么这种方法会更好。

【讨论】：