Encontrar todas las combinaciones posibles de números para llegar a una suma determinada.

Este problema se puede resolver con combinaciones recursivas de todas las sumas posibles filtrando aquellas que alcanzan el objetivo. Aquí está el algoritmo en Python:

def subset_sum(numbers, target, partial=[]):
    s = sum(partial)

    # check if the partial sum is equals to target
    if s == target: 
        print "sum(%s)=%s" % (partial, target)
    if s >= target:
        return  # if we reach the number why bother to continue
    
    for i in range(len(numbers)):
        n = numbers[i]
        remaining = numbers[i+1:]
        subset_sum(remaining, target, partial + [n]) 
   

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

    #Outputs:
    #sum([3, 8, 4])=15
    #sum([3, 5, 7])=15
    #sum([8, 7])=15
    #sum([5, 10])=15

Este tipo de algoritmos están muy bien explicados en la siguiente conferencia de Programación Abstracta de Stanford ; este video es muy recomendable para entender cómo funciona la recursividad para generar permutaciones de soluciones.

Editar

Lo anterior como función generadora, haciéndola un poco más útil. Requiere Python 3.3+ debido a yield from.

def subset_sum(numbers, target, partial=[], partial_sum=0):
    if partial_sum == target:
        yield partial
    if partial_sum >= target:
        return
    for i, n in enumerate(numbers):
        remaining = numbers[i + 1:]
        yield from subset_sum(remaining, target, partial + [n], partial_sum + n)

Aquí está la versión Java del mismo algoritmo:

package tmp;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

class SumSet {
    static void sum_up_recursive(ArrayList<Integer> numbers, int target, ArrayList<Integer> partial) {
       int s = 0;
       for (int x: partial) s += x;
       if (s == target)
            System.out.println("sum("+Arrays.toString(partial.toArray())+")="+target);
       if (s >= target)
            return;
       for(int i=0;i<numbers.size();i++) {
             ArrayList<Integer> remaining = new ArrayList<Integer>();
             int n = numbers.get(i);
             for (int j=i+1; j<numbers.size();j++) remaining.add(numbers.get(j));
             ArrayList<Integer> partial_rec = new ArrayList<Integer>(partial);
             partial_rec.add(n);
             sum_up_recursive(remaining,target,partial_rec);
       }
    }
    static void sum_up(ArrayList<Integer> numbers, int target) {
        sum_up_recursive(numbers,target,new ArrayList<Integer>());
    }
    public static void main(String args[]) {
        Integer[] numbers = {3,9,8,4,5,7,10};
        int target = 15;
        sum_up(new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(numbers)),target);
    }
}

Es exactamente la misma heurística. Mi Java está un poco oxidado pero creo que es fácil de entender.

Conversión C# de solución Java: (por @JeremyThompson)

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

private static void sum_up(List<int> numbers, int target)
{
    sum_up_recursive(numbers, target, new List<int>());
}

private static void sum_up_recursive(List<int> numbers, int target, List<int> partial)
{
    int s = 0;
    foreach (int x in partial) s += x;

    if (s == target)
        Console.WriteLine("sum(" + string.Join(",", partial.ToArray()) + ")=" + target);

    if (s >= target)
        return;

    for (int i = 0; i < numbers.Count; i++)
    {
        List<int> remaining = new List<int>();
        int n = numbers[i];
        for (int j = i + 1; j < numbers.Count; j++) remaining.Add(numbers[j]);

        List<int> partial_rec = new List<int>(partial);
        partial_rec.Add(n);
        sum_up_recursive(remaining, target, partial_rec);
    }
}

Solución Ruby: (por @emaillenin)

def subset_sum(numbers, target, partial=[])
  s = partial.inject 0, :+
# check if the partial sum is equals to target

  puts "sum(#{partial})=#{target}" if s == target

  return if s >= target # if we reach the number why bother to continue

  (0..(numbers.length - 1)).each do |i|
    n = numbers[i]
    remaining = numbers.drop(i+1)
    subset_sum(remaining, target, partial + [n])
  end
end

subset_sum([3,9,8,4,5,7,10],15)

Editar: discusión sobre complejidad

Como otros mencionan, este es un problema NP-difícil . Se puede resolver en tiempo exponencial O(2^n), por ejemplo, para n=10 habrá 1024 soluciones posibles. Si los objetivos que intenta alcanzar están en un rango bajo, entonces este algoritmo funciona. Así, por ejemplo:

subset_sum([1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],100000)genera 1024 ramas porque el objetivo nunca llega a filtrar posibles soluciones.

Por otro lado subset_sum([1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],10)genera sólo 175 ramas, porque el objetivo a alcanzar 10llega a filtrar muchas combinaciones.

Si Ny Targetson números grandes, se debe pasar a una versión aproximada de la solución.

Jan 08 '2011 10:01 Manuel Salvadores