17.电话号码的字母组合

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给定一个仅包含数字 2-9 的字符串，返回所有它能表示的字母组合。

给出数字到字母的映射如下（与电话按键相同）。注意 1 不对应任何字母。

17.电话号码的字母组合

示例:

输入："23"
输出：["ad", "ae", "af", "bd", "be", "bf", "cd", "ce", "cf"].

说明：尽管上面的答案是按字典序排列的，但是你可以任意选择答案输出的顺序。

思路

从示例上来说，输入"23"，最直接的想法就是两层for循环遍历了吧，正好把组合的情况都输出了。

如果输入"233"呢，那么就三层for循环，如果"2333"呢，就四层for循环.......

就是这for循环的层数如何写出来，此时又是回溯法登场的时候了。

理解本题后，要解决如下三个问题：

数字和字母如何映射
两个字母就两个for循环，三个字符我就三个for循环，以此类推，然后发现代码根本写不出来
输入1 * #按键等等异常情况

数字和字母如何映射

可以使用map或者定义一个二维数组，例如：string letterMap[10]，来做映射，我这里定义一个二维数组，代码如下：

const string letterMap[10] = {
    "", // 0
    "", // 1
    "abc", // 2
    "def", // 3
    "ghi", // 4
    "jkl", // 5
    "mno", // 6
    "pqrs", // 7
    "tuv", // 8
    "wxyz", // 9
};

回溯法来解决n个for循环的问题

例如：输入："23"，抽象为树形结构，如图所示：

17. 电话号码的字母组合

图中可以看出遍历的深度，就是输入"23"的长度，而叶子节点就是我们要收集的结果，输出["ad", "ae", "af", "bd", "be", "bf", "cd", "ce", "cf"]。

回溯三部曲：

确定回溯函数参数

首先需要一个字符串s来收集叶子节点的结果，然后用一个字符串数组result保存起来，这两个变量我依然定义为全局。

再来看参数，参数指定是有题目中给的string digits，然后还要有一个参数就是int型的index。

这个index是记录遍历第几个数字了，就是用来遍历digits的（题目中给出数字字符串），同时index也表示树的深度。

代码如下：

vector<string> result;
string s;
void backtracking(const string& digits, int index)

确定终止条件

例如输入用例"23"，两个数字，那么根节点往下递归两层就可以了，叶子节点就是要收集的结果集。

那么终止条件就是如果index 等于输入的数字个数（digits.size）了（本来index就是用来遍历digits的）。

然后收集结果，结束本层递归。

代码如下：

if (index == digits.size()) {
    result.push_back(s);
    return;
}

确定单层遍历逻辑

首先要取index指向的数字，并找到对应的字符集（手机键盘的字符集）。

然后for循环来处理这个字符集，代码如下：

int digit = digits[index] - '0';        // 将index指向的数字转为int
string letters = letterMap[digit];      // 取数字对应的字符集
for (int i = 0; i < letters.size(); i++) {
    s.push_back(letters[i]);            // 处理
    backtracking(digits, index + 1);    // 递归，注意index+1，一下层要处理下一个数字了
    s.pop_back();                       // 回溯
}

注意：输入1 * #按键等等异常情况

代码中最好考虑这些异常情况，但题目的测试数据中应该没有异常情况的数据，所以我就没有加了。

但是要知道会有这些异常，如果是现场面试中，一定要考虑到！

C++代码

关键地方都讲完了，按照回溯法模板，不难写出如下C++代码：

// 版本一
class Solution {
private:
    const string letterMap[10] = {
        "", // 0
        "", // 1
        "abc", // 2
        "def", // 3
        "ghi", // 4
        "jkl", // 5
        "mno", // 6
        "pqrs", // 7
        "tuv", // 8
        "wxyz", // 9
    };
public:
    vector<string> result;
    string s;
    void backtracking(const string& digits, int index) {
        if (index == digits.size()) {
            result.push_back(s);
            return;
        }
        int digit = digits[index] - '0';        // 将index指向的数字转为int
        string letters = letterMap[digit];      // 取数字对应的字符集
        for (int i = 0; i < letters.size(); i++) {
            s.push_back(letters[i]);            // 处理
            backtracking(digits, index + 1);    // 递归，注意index+1，一下层要处理下一个数字了
            s.pop_back();                       // 回溯
        }
    }
    vector<string> letterCombinations(string digits) {
        s.clear();
        result.clear();
        if (digits.size() == 0) {
            return result;
        }
        backtracking(digits, 0);
        return result;
    }
};

一些写法，是把回溯的过程放在递归函数里了，例如如下代码，我可以写成这样：（注意注释中不一样的地方）

// 版本二
class Solution {
private:
        const string letterMap[10] = {
            "", // 0
            "", // 1
            "abc", // 2
            "def", // 3
            "ghi", // 4
            "jkl", // 5
            "mno", // 6
            "pqrs", // 7
            "tuv", // 8
            "wxyz", // 9
        };
public:
    vector<string> result;
    void getCombinations(const string& digits, int index, const string& s) { // 注意参数的不同
        if (index == digits.size()) {
            result.push_back(s);
            return;
        }
        int digit = digits[index] - '0';
        string letters = letterMap[digit];
        for (int i = 0; i < letters.size(); i++) {
            getCombinations(digits, index + 1, s + letters[i]);  // 注意这里的不同
        }
    }
    vector<string> letterCombinations(string digits) {
        result.clear();
        if (digits.size() == 0) {
            return result;
        }
        getCombinations(digits, 0, "");
        return result;

    }
};

其他语言版本

Java

class Solution {

    //设置全局列表存储最后的结果
    List<String> list = new ArrayList<>();

    public List<String> letterCombinations(String digits) {
        if (digits == null || digits.length() == 0) {
            return list;
        }
        //初始对应所有的数字，为了直接对应2-9，新增了两个无效的字符串""
        String[] numString = {"", "", "abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
        //迭代处理
        backTracking(digits, numString, 0);
        return list;

    }

    //每次迭代获取一个字符串，所以会设计大量的字符串拼接，所以这里选择更为高效的 StringBuild
    StringBuilder temp = new StringBuilder();

    //比如digits如果为"23",num 为0，则str表示2对应的 abc
    public void backTracking(String digits, String[] numString, int num) {
        //遍历全部一次记录一次得到的字符串
        if (num == digits.length()) {
            list.add(temp.toString());
            return;
        }
        //str 表示当前num对应的字符串
        String str = numString[digits.charAt(num) - '0'];
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
            temp.append(str.charAt(i));
            //c
            backTracking(digits, numString, num + 1);
            //剔除末尾的继续尝试
            temp.deleteCharAt(temp.length() - 1);
        }
    }
}

Python

回溯

class Solution:
    def __init__(self):
        self.answers: List[str] = []
        self.answer: str = ''
        self.letter_map = {
            '2': 'abc',
            '3': 'def',
            '4': 'ghi',
            '5': 'jkl',
            '6': 'mno',
            '7': 'pqrs',
            '8': 'tuv',
            '9': 'wxyz'
        }

    def letterCombinations(self, digits: str) -> List[str]:
        self.answers.clear()
        if not digits: return []
        self.backtracking(digits, 0)
        return self.answers
    
    def backtracking(self, digits: str, index: int) -> None:
        # 回溯函数没有返回值
        # Base Case
        if index == len(digits):    # 当遍历穷尽后的下一层时
            self.answers.append(self.answer)
            return 
        # 单层递归逻辑  
        letters: str = self.letter_map[digits[index]]
        for letter in letters:
            self.answer += letter   # 处理
            self.backtracking(digits, index + 1)    # 递归至下一层
            self.answer = self.answer[:-1]  # 回溯

回溯简化

class Solution:
    def __init__(self):
        self.answers: List[str] = []
        self.letter_map = {
            '2': 'abc',
            '3': 'def',
            '4': 'ghi',
            '5': 'jkl',
            '6': 'mno',
            '7': 'pqrs',
            '8': 'tuv',
            '9': 'wxyz'
        }

    def letterCombinations(self, digits: str) -> List[str]:
        self.answers.clear()
        if not digits: return []
        self.backtracking(digits, 0, '')
        return self.answers
    
    def backtracking(self, digits: str, index: int, answer: str) -> None:
        # 回溯函数没有返回值
        # Base Case
        if index == len(digits):    # 当遍历穷尽后的下一层时
            self.answers.append(answer)
            return 
        # 单层递归逻辑  
        letters: str = self.letter_map[digits[index]]
        for letter in letters:
            self.backtracking(digits, index + 1, answer + letter)    # 递归至下一层 + 回溯

使用itertools

class Solution:
    def letterCombinations(self, digits: str) -> List[str]:
        import itertools
        if not digits:
            return list()
        
        phoneMap = {
            "2": "abc",
            "3": "def",
            "4": "ghi",
            "5": "jkl",
            "6": "mno",
            "7": "pqrs",
            "8": "tuv",
            "9": "wxyz",
        }

        groups = (phoneMap[digit] for digit in digits)
        return ["".join(combination) for combination in itertools.product(*groups)]

C

char* path;
int pathTop;
char** result;
int resultTop;
char* letterMap[10] = {"", //0
        "", //1
        "abc", //2
        "def", //3
        "ghi", //4
        "jkl", //5
        "mno", //6
        "pqrs", //7
        "tuv", //8
        "wxyz", //9
};
void backTracking(char* digits, int index) {
    //若当前下标等于digits数组长度
    if(index == strlen(digits)) {
        //复制digits数组，因为最后要多存储一个0，所以数组长度要+1
        char* tempString = (char*)malloc(sizeof(char) * strlen(digits) + 1);
        int j;
        for(j = 0; j < strlen(digits); j++) {
            tempString[j] = path[j];
        }
        //char数组最后要以0结尾
        tempString[strlen(digits)] = 0;
        result[resultTop++] = tempString;
        return ;
    }
    //将字符数字转换为真的数字
    int digit = digits[index] - '0';
    //找到letterMap中对应的字符串
    char* letters = letterMap[digit];
    int i;
    for(i = 0; i < strlen(letters); i++) {
        path[pathTop++] = letters[i];
        //递归，处理下一层数字
        backTracking(digits, index+1);
        pathTop--;
    }
}

char ** letterCombinations(char * digits, int* returnSize){
    //初始化path和result
    path = (char*)malloc(sizeof(char) * strlen(digits));
    result = (char**)malloc(sizeof(char*) * 300);

    *returnSize = 0;
    //若digits数组中元素个数为0，返回空集
    if(strlen(digits) == 0) 
        return result;
    pathTop = resultTop = 0;
    backTracking(digits, 0);
    *returnSize = resultTop;

    return result;
}

【LeetCode】 17. 电话号码的字母组合

17.电话号码的字母组合

思路

数字和字母如何映射

回溯法来解决n个for循环的问题

C++代码

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