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回溯算法(八皇后问题)

发布时间:2024/10/14 编程问答 20 豆豆
生活随笔 收集整理的这篇文章主要介绍了 回溯算法(八皇后问题) 小编觉得挺不错的,现在分享给大家,帮大家做个参考.

写在前面:博主是一位普普通通的19届双非软工在读生,平时最大的爱好就是听听歌,逛逛B站。博主很喜欢的一句话花开堪折直须折,莫待无花空折枝:博主的理解是头一次为人,就应该做自己想做的事,做自己不后悔的事,做自己以后不会留有遗憾的事,做自己觉得有意义的事,不浪费这大好的青春年华。博主写博客目的是记录所学到的知识并方便自己复习,在记录知识的同时获得部分浏览量,得到更多人的认可,满足小小的成就感,同时在写博客的途中结交更多志同道合的朋友,让自己在技术的路上并不孤单。

目录:
1.回溯算法简介
2.回溯和递归
3.回溯法和树的遍历
4.回溯法解决八皇后问题

1.回溯算法简介

解决问题时,每进行一步,都是抱着试试看的态度,如果发现当前选择并不是最好的,或者这么走下去肯定达不到目标,立刻做回退操作重新选择。这种走不通就回退再走的方法就是回溯法。

在解决列举集合 {1,2,3} 中所有子集的问题中,就可以使用回溯法。从集合的开头元素开始,对每个元素都有两种选择:取还是舍。当确定了一个元素的取舍之后,再进行下一个元素,直到集合最后一个元素。其中的每个操作都可以看作是一次尝试,每次尝试都可以得出一个结果。将得到的结果综合起来,就是集合的所有子集。

实现代码:

#include <stdio.h> //设置一个数组,数组的下标表示集合中的元素,所以数组只用下标为1,2,3的空间 int set[5]; //i代表数组下标,n表示集合中最大的元素值 void PowerSet(int i,int n){//当i>n时,说明集合中所有的元素都做了选择,开始判断if (i>n) {for (int j=1; j<=n; j++) {//如果树组中存放的是 1,说明在当初尝试时,选择取该元素,即对应的数组下标,所以,可以输出if (set[j]==1) {printf("%d ",j);}}printf("\n");}else{//如果选择要该元素,对应的数组单元中赋值为1;反之,赋值为0。然后继续向下探索set[i]=1;PowerSet(i+1, n);set[i]=0;PowerSet(i+1, n);} } int main() {int n=3;for (int i=0; i<5; i++) {set[i]=0;}PowerSet(1, n);return 0; } 运行结果: 1 2 3 1 2 1 3 1 2 3 2 3

2.回溯和递归

很多人认为回溯和递归是一样的,其实不然。在回溯法中可以看到有递归的身影,但是两者是有区别的。回溯法从问题本身出发,寻找可能实现的所有情况。和穷举法的思想相近,不同在于穷举法是将所有的情况都列举出来以后再一一筛选,而回溯法在列举过程如果发现当前情况根本不可能存在,就停止后续的所有工作,返回上一步进行新的尝试

递归是从问题的结果出发,例如求 n!,要想知道 n!的结果,就需要知道 n*(n-1)! 的结果,而要想知道 (n-1)! 结果,就需要提前知道 (n-1)*(n-2)!。这样不断地向自己提问,不断地调用自己的思想就是递归。

回溯和递归唯一的联系就是,回溯法可以用递归思想实现

3.回溯法与树的遍历

使用回溯法解决问题的过程,实际上是建立一棵“状态树”的过程。例如,在解决列举集合{1,2,3}所有子集的问题中,对于每个元素,都有两种状态,取还是舍,所以构建的状态树为:

回溯法的求解过程实质上是先序遍历“状态树”的过程。树中每一个叶子结点,都有可能是问题的答案。图 1 中的状态树是满二叉树,得到的叶子结点全部都是问题的解。

在某些情况下,回溯法解决问题的过程中创建的状态树并不都是满二叉树,因为在试探的过程中,有时会发现此种情况下,再往下进行没有意义,所以会放弃这条死路,回溯到上一步。在树中的体现,就是在树的最后一层不是满的,即不是满二叉树,需要自己判断哪些叶子结点代表的是正确的结果。

4.回溯法解决八皇后问题

八皇后问题是以国际象棋为背景的问题:有八个皇后(可以当成八个棋子),如何在 8*8 的棋盘中放置八个皇后,使得任意两个皇后都不在同一条横线、纵线或者斜线上。

八皇后问题是使用回溯法解决的典型案例。算法的解决思路是:
从棋盘的第一行开始,从第一个位置开始,依次判断当前位置是否能够放置皇后,判断的依据为:同该行之前的所有行中皇后的所在位置进行比较,如果在同一列,或者在同一条斜线上(斜线有两条,为正方形的两个对角线),都不符合要求,继续检验后序的位置。如果该行所有位置都不符合要求,则回溯到前一行,改变皇后的位置,继续试探。如果试探到最后一行,所有皇后摆放完毕,则直接打印出 8*8 的棋盘。最后一定要记得将棋盘恢复原样,避免影响下一次摆放。

#include <stdio.h> int Queenes[8]={0},Counts=0; int Check(int line,int list){//遍历该行之前的所有行for (int index=0; index<line; index++) {//挨个取出前面行中皇后所在位置的列坐标int data=Queenes[index];//如果在同一列,该位置不能放if (list==data) {return 0;}//如果当前位置的斜上方有皇后,在一条斜线上,也不行if ((index+data)==(line+list)) {return 0;}//如果当前位置的斜下方有皇后,在一条斜线上,也不行if ((index-data)==(line-list)) {return 0;}}//如果以上情况都不是,当前位置就可以放皇后return 1; } //输出语句 void print() {for (int line = 0; line < 8; line++){int list;for (list = 0; list < Queenes[line]; list++)printf("0");printf("#");for (list = Queenes[line] + 1; list < 8; list++){printf("0");}printf("\n");}printf("================\n"); }void eight_queen(int line){//在数组中为0-7列for (int list=0; list<8; list++) {//对于固定的行列,检查是否和之前的皇后位置冲突if (Check(line, list)) {//不冲突,以行为下标的数组位置记录列数Queenes[line]=list;//如果最后一样也不冲突,证明为一个正确的摆法if (line==7) {//统计摆法的Counts加1Counts++;//输出这个摆法print();//每次成功,都要将数组重归为0Queenes[line]=0;return;}//继续判断下一样皇后的摆法,递归eight_queen(line+1);//不管成功失败,该位置都要重新归0,以便重复使用。Queenes[line]=0;}} } int main() {//调用回溯函数,参数0表示从棋盘的第一行开始判断eight_queen(0);printf("摆放的方式有%d种",Counts);return 0; }

我们美丽的八皇后问题有92种排法,卧槽,没想到吧。我也没想到

总结

以上是生活随笔为你收集整理的回溯算法(八皇后问题)的全部内容,希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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