Trouver toutes les combinaisons possibles de chiffres pour atteindre une somme donnée.

Question

Comment faire pour tester toutes les combinaisons possibles d'ajouts à partir d'un ensemble donné. N de nombres pour qu'ils aboutissent à un nombre final donné ?

Un bref exemple :

• Ensemble de chiffres à ajouter : N = {1,5,22,15,0,...}
• Résultat souhaité : 12345

Answer 1

Version C# du code de réponse de @msalvadores

void Main()
{
    int[] numbers = {3,9,8,4,5,7,10};
    int target = 15;
    sum_up(new List<int>(numbers.ToList()),target);
}

static void sum_up_recursive(List<int> numbers, int target, List<int> part)
{
   int s = 0;
   foreach (int x in part)
   {
       s += x;
   }
   if (s == target)
   {
        Console.WriteLine("sum(" + string.Join(",", part.Select(n => n.ToString()).ToArray()) + ")=" + target);
   }
   if (s >= target)
   {
        return;
   }
   for (int i = 0;i < numbers.Count;i++)
   {
         var remaining = new List<int>();
         int n = numbers[i];
         for (int j = i + 1; j < numbers.Count;j++)
         {
             remaining.Add(numbers[j]);
         }
         var part_rec = new List<int>(part);
         part_rec.Add(n);
         sum_up_recursive(remaining,target,part_rec);
   }
}
static void sum_up(List<int> numbers, int target)
{
    sum_up_recursive(numbers,target,new List<int>());
}

Answer 2

Il y a beaucoup de solutions jusqu'à présent, mais toutes sont de la forme générer puis filtrer. Ce qui signifie qu'ils passent potentiellement beaucoup de temps à travailler sur des chemins récursifs qui ne mènent pas à une solution.

Voici une solution qui est O(size_of_array * (number_of_sums + number_of_solutions)) . En d'autres termes, il utilise la programmation dynamique pour éviter d'énumérer des solutions possibles qui ne correspondront jamais.

Pour le plaisir de rire, je l'ai fait fonctionner avec des nombres à la fois positifs et négatifs, et j'en ai fait un itérateur. Cela fonctionnera pour Python 2.3+.

def subset_sum_iter(array, target):
    sign = 1
    array = sorted(array)
    if target < 0:
        array = reversed(array)
        sign = -1
    # Checkpoint A

    last_index = {0: [-1]}
    for i in range(len(array)):
        for s in list(last_index.keys()):
            new_s = s + array[i]
            if 0 < (new_s - target) * sign:
                pass # Cannot lead to target
            elif new_s in last_index:
                last_index[new_s].append(i)
            else:
                last_index[new_s] = [i]
    # Checkpoint B

    # Now yield up the answers.
    def recur(new_target, max_i):
        for i in last_index[new_target]:
            if i == -1:
                yield [] # Empty sum.
            elif max_i <= i:
                break # Not our solution.
            else:
                for answer in recur(new_target - array[i], i):
                    answer.append(array[i])
                    yield answer

    for answer in recur(target, len(array)):
        yield answer

Et voici un exemple de son utilisation avec un tableau et une cible où l'approche de filtrage utilisée dans d'autres solutions n'aboutirait jamais.

def is_prime(n):
    for i in range(2, n):
        if 0 == n % i:
            return False
        elif n < i * i:
            return True
    if n == 2:
        return True
    else:
        return False

def primes(limit):
    n = 2
    while True:
        if is_prime(n):
            yield(n)
        n = n + 1
        if limit < n:
            break

for answer in subset_sum_iter(primes(1000), 76000):
    print(answer)

Cela imprime les 522 réponses en moins de 2 secondes. Les approches précédentes auraient de la chance de trouver des réponses dans la durée de vie actuelle de l'univers. (L'espace complet a 2^168 = 3.74144419156711e+50 combinaisons possibles à parcourir. Cela... prend un certain temps.)

---

Explication On m'a demandé d'expliquer le code, mais expliquer les structures de données est généralement plus révélateur. Je vais donc expliquer les structures de données.

Considérons subset_sum_iter([-2, 2, -3, 3, -5, 5, -7, 7, -11, 11], 10) .

Au point de contrôle A, nous avons réalisé que notre cible est positive, donc sign = 1 . Et nous avons trié notre entrée de sorte que array = [-11, -7, -5, -3, -2, 2, 3, 5, 7, 11] . Comme nous y accédons souvent par index, voici la correspondance entre les index et les valeurs :

0: -11
1:  -7
2:  -5
3:  -3
4:  -2
5:   2
6:   3
7:   5
8:   7
9:  11

Au point de contrôle B, nous avons utilisé Programmation dynamique pour générer notre last_index structure des données. Que contient-elle ?

last_index = {    
    -28: [4],
    -26: [3, 5],
    -25: [4, 6],
    -24: [5],
    -23: [2, 4, 5, 6, 7],
    -22: [6],
    -21: [3, 4, 5, 6, 7, 8],
    -20: [4, 6, 7],
    -19: [3, 5, 7, 8],
    -18: [1, 4, 5, 6, 7, 8],
    -17: [4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -16: [2, 4, 5, 6, 7, 8],
    -15: [3, 5, 6, 7, 8, 9],
    -14: [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -13: [4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -12: [2, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -11: [0, 5, 6, 7, 8, 9],
    -10: [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -9: [4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -8: [3, 5, 6, 7, 8, 9],
    -7: [1, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -6: [5, 6, 7, 8, 9],
    -5: [2, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
    -4: [6, 7, 8, 9],
    -3: [3, 5, 6, 7, 8, 9],
    -2: [4, 6, 7, 8, 9],
    -1: [5, 7, 8, 9],
    0: [-1, 5, 6, 7, 8, 9],
    1: [6, 7, 8, 9],
    2: [5, 6, 7, 8, 9],
    3: [6, 7, 8, 9],
    4: [7, 8, 9],
    5: [6, 7, 8, 9],
    6: [7, 8, 9],
    7: [7, 8, 9],
    8: [7, 8, 9],
    9: [8, 9],
    10: [7, 8, 9]
}

(Note secondaire, ce n'est pas symétrique car la condition if 0 < (new_s - target) * sign nous empêche d'enregistrer quoi que ce soit dans le passé target qui, dans notre cas, était de 10).

Qu'est-ce que cela signifie ? Eh bien, prenez l'entrée, 10: [7, 8, 9] . Cela signifie que nous pouvons aboutir à une somme finale de 1,5 million d'euros. 10 le dernier numéro choisi étant aux indices 7, 8 ou 9. En d'autres termes, le dernier numéro choisi peut être 5, 7 ou 11.

Examinons de plus près ce qui se passe si nous choisissons l'indice 7. Cela signifie que nous terminons sur un 5. Donc, avant d'arriver à l'indice 7, nous devions arriver à 10-5 = 5. Et l'entrée pour 5 se lit comme suit , 5: [6, 7, 8, 9] . Nous aurions donc pu choisir l'indice 6, qui est 3. Bien que nous arrivions à 5 aux indices 7, 8 et 9, nous n'y sommes pas arrivés avant l'indice 7. Donc notre avant-dernier choix doit être le 3 à l'indice 6.

Et maintenant nous devons arriver à 5-3 = 2 avant l'indice 6. L'entrée 2 se lit : 2: [5, 6, 7, 8, 9] . Encore une fois, nous ne nous intéressons qu'à la réponse à l'indice 5 parce que les autres sont arrivés trop tard. Donc le troisième et dernier choix doit être le 2 à l'indice 5.

Et enfin, nous devons arriver à 2-2 = 0 avant l'indice 5. L'entrée 0 se lit : 0: [-1, 5, 6, 7, 8, 9] . Encore une fois, nous ne nous intéressons qu'au -1 . Mais -1 n'est pas un indice - en fait, je l'utilise pour signaler que nous avons fini de choisir.

Nous venons donc de trouver la solution 2+3+5 = 10 . Ce qui est la toute première solution que nous imprimons.

Et maintenant nous arrivons à la recur sous-fonction. Comme elle est définie à l'intérieur de notre fonction principale, elle peut voir last_index .

La première chose à noter est qu'il appelle yield pas return . Cela en fait un générateur . Lorsque vous l'appelez, vous renvoyez une sorte spéciale de itérateur . Lorsque vous bouclez sur cet itérateur, vous obtenez une liste de toutes les choses qu'il peut produire. Mais vous les obtenez au fur et à mesure qu'il les génère. Si c'est une longue liste, vous ne la mettez pas en mémoire. (C'est assez important car nous pourrions obtenir une longue liste).

Quoi recur(new_target, max_i) rendront sont toutes les manières que vous auriez pu résumer à new_target en utilisant uniquement des éléments de array avec un indice maximal max_i . C'est ça les réponses : "Nous devons nous rendre à new_target avant l'indice max_i+1 ." C'est, bien sûr, récursif.

Par conséquent, recur(target, len(array)) c'est toutes les solutions qui atteignent la cible en utilisant n'importe quel indice. Ce qui est ce que nous voulons.

Answer 3

Java version non récursive qui continue simplement à ajouter des éléments et à les redistribuer parmi les valeurs possibles. 0 sont ignorés et fonctionnent pour des listes fixes (ce qui vous est donné est ce avec quoi vous pouvez jouer) ou une liste de nombres répétables.

import java.util.*;

public class TestCombinations {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(0, 1, 2, 2, 5, 10, 20));
        LinkedHashSet<Integer> targets = new LinkedHashSet<Integer>() {{
            add(4);
            add(10);
            add(25);
        }};

        System.out.println("## each element can appear as many times as needed");
        for (Integer target: targets) {
            Combinations combinations = new Combinations(numbers, target, true);
            combinations.calculateCombinations();
            for (String solution: combinations.getCombinations()) {
                System.out.println(solution);
            }
        }

        System.out.println("## each element can appear only once");
        for (Integer target: targets) {
            Combinations combinations = new Combinations(numbers, target, false);
            combinations.calculateCombinations();
            for (String solution: combinations.getCombinations()) {
                System.out.println(solution);
            }
        }
    }

    public static class Combinations {
        private boolean allowRepetitions;
        private int[] repetitions;
        private ArrayList<Integer> numbers;
        private Integer target;
        private Integer sum;
        private boolean hasNext;
        private Set<String> combinations;

        /**
         * Constructor.
         *
         * @param numbers Numbers that can be used to calculate the sum.
         * @param target  Target value for sum.
         */
        public Combinations(ArrayList<Integer> numbers, Integer target) {
            this(numbers, target, true);
        }

        /**
         * Constructor.
         *
         * @param numbers Numbers that can be used to calculate the sum.
         * @param target  Target value for sum.
         */
        public Combinations(ArrayList<Integer> numbers, Integer target, boolean allowRepetitions) {
            this.allowRepetitions = allowRepetitions;
            if (this.allowRepetitions) {
                Set<Integer> numbersSet = new HashSet<>(numbers);
                this.numbers = new ArrayList<>(numbersSet);
            } else {
                this.numbers = numbers;
            }
            this.numbers.removeAll(Arrays.asList(0));
            Collections.sort(this.numbers);

            this.target = target;
            this.repetitions = new int[this.numbers.size()];
            this.combinations = new LinkedHashSet<>();

            this.sum = 0;
            if (this.repetitions.length > 0)
                this.hasNext = true;
            else
                this.hasNext = false;
        }

        /**
         * Calculate and return the sum of the current combination.
         *
         * @return The sum.
         */
        private Integer calculateSum() {
            this.sum = 0;
            for (int i = 0; i < repetitions.length; ++i) {
                this.sum += repetitions[i] * numbers.get(i);
            }
            return this.sum;
        }

        /**
         * Redistribute picks when only one of each number is allowed in the sum.
         */
        private void redistribute() {
            for (int i = 1; i < this.repetitions.length; ++i) {
                if (this.repetitions[i - 1] > 1) {
                    this.repetitions[i - 1] = 0;
                    this.repetitions[i] += 1;
                }
            }
            if (this.repetitions[this.repetitions.length - 1] > 1)
                this.repetitions[this.repetitions.length - 1] = 0;
        }

        /**
         * Get the sum of the next combination. When 0 is returned, there's no other combinations to check.
         *
         * @return The sum.
         */
        private Integer next() {
            if (this.hasNext && this.repetitions.length > 0) {
                this.repetitions[0] += 1;
                if (!this.allowRepetitions)
                    this.redistribute();
                this.calculateSum();

                for (int i = 0; i < this.repetitions.length && this.sum != 0; ++i) {
                    if (this.sum > this.target) {
                        this.repetitions[i] = 0;
                        if (i + 1 < this.repetitions.length) {
                            this.repetitions[i + 1] += 1;
                            if (!this.allowRepetitions)
                                this.redistribute();
                        }
                        this.calculateSum();
                    }
                }

                if (this.sum.compareTo(0) == 0)
                    this.hasNext = false;
            }
            return this.sum;
        }

        /**
         * Calculate all combinations whose sum equals target.
         */
        public void calculateCombinations() {
            while (this.hasNext) {
                if (this.next().compareTo(target) == 0)
                    this.combinations.add(this.toString());
            }
        }

        /**
         * Return all combinations whose sum equals target.
         *
         * @return Combinations as a set of strings.
         */
        public Set<String> getCombinations() {
            return this.combinations;
        }

        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("" + sum + ": ");
            for (int i = 0; i < repetitions.length; ++i) {
                for (int j = 0; j < repetitions[i]; ++j) {
                    stringBuilder.append(numbers.get(i) + " ");
                }
            }
            return stringBuilder.toString();
        }
    }
}

Entrée de l'échantillon :

numbers: 0, 1, 2, 2, 5, 10, 20
targets: 4, 10, 25

Exemple de sortie :

## each element can appear as many times as needed
4: 1 1 1 1 
4: 1 1 2 
4: 2 2 
10: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 
10: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 
10: 1 1 1 1 1 1 2 2 
10: 1 1 1 1 2 2 2 
10: 1 1 2 2 2 2 
10: 2 2 2 2 2 
10: 1 1 1 1 1 5 
10: 1 1 1 2 5 
10: 1 2 2 5 
10: 5 5 
10: 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 
25: 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 5 
25: 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 5 
25: 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 
25: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 5 5 
25: 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 5 5 
25: 1 1 1 2 2 2 2 2 2 5 5 
25: 1 2 2 2 2 2 2 2 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 2 2 5 5 5 
25: 1 1 1 1 2 2 2 5 5 5 
25: 1 1 2 2 2 2 5 5 5 
25: 2 2 2 2 2 5 5 5 
25: 1 1 1 1 1 5 5 5 5 
25: 1 1 1 2 5 5 5 5 
25: 1 2 2 5 5 5 5 
25: 5 5 5 5 5 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 10 
25: 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 10 
25: 1 1 1 2 2 2 2 2 2 10 
25: 1 2 2 2 2 2 2 2 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 10 
25: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 10 
25: 1 1 1 1 1 1 2 2 5 10 
25: 1 1 1 1 2 2 2 5 10 
25: 1 1 2 2 2 2 5 10 
25: 2 2 2 2 2 5 10 
25: 1 1 1 1 1 5 5 10 
25: 1 1 1 2 5 5 10 
25: 1 2 2 5 5 10 
25: 5 5 5 10 
25: 1 1 1 1 1 10 10 
25: 1 1 1 2 10 10 
25: 1 2 2 10 10 
25: 5 10 10 
25: 1 1 1 1 1 20 
25: 1 1 1 2 20 
25: 1 2 2 20 
25: 5 20 
## each element can appear only once
4: 2 2 
10: 1 2 2 5 
10: 10 
25: 1 2 2 20 
25: 5 20

Answer 4

Thank you.. ephemient

j'ai converti la logique ci-dessus de python en php .

<?php
$data = array(array(2,3,5,10,15),array(4,6,23,15,12),array(23,34,12,1,5));
$maxsum = 25;

print_r(bestsum($data,$maxsum));  //function call

function bestsum($data,$maxsum)
{
$res = array_fill(0, $maxsum + 1, '0');
$res[0] = array();              //base case
foreach($data as $group)
{
 $new_res = $res;               //copy res

  foreach($group as $ele)
  {
    for($i=0;$i<($maxsum-$ele+1);$i++)
    {   
        if($res[$i] != 0)
        {
            $ele_index = $i+$ele;
            $new_res[$ele_index] = $res[$i];
            $new_res[$ele_index][] = $ele;
        }
    }
  }

  $res = $new_res;
}

 for($i=$maxsum;$i>0;$i--)
  {
    if($res[$i]!=0)
    {
        return $res[$i];
        break;
    }
  }
return array();
}
?>

Answer 5

Une autre solution en python serait d'utiliser la fonction itertools.combinations comme suit :

#!/usr/local/bin/python

from itertools import combinations

def find_sum_in_list(numbers, target):
    results = []
    for x in range(len(numbers)):
        results.extend(
            [   
                combo for combo in combinations(numbers ,x)  
                    if sum(combo) == target
            ]   
        )   

    print results

if __name__ == "__main__":
    find_sum_in_list([3,9,8,4,5,7,10], 15)

Sortie : [(8, 7), (5, 10), (3, 8, 4), (3, 5, 7)]