八皇后問題(回溯+遞歸)/(回溯+非遞歸)

八皇后問題:在8X8格的國際象棋上擺放八個皇后,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇后都不能處於同一行、同一列或同一斜線上,問有多少種擺法。

分析:我們可以嘗試在將第一個皇后擺放在第0行第0列,爲了不衝突,將第二個皇后擺放在第1行第3列…依次下去
這裏寫圖片描述
然後發現第5行每個位置都有衝突,這說明上面4行肯定不能這麼擺放,不然就無解。於是又回到上一行(第4行),找到另一個不衝突的位置。又繼續在第5行擺放皇后,如果還不滿足,又回到第4行,找另一個不衝突的位置。這個時候,如果第4行已經找不到另一個可以擺放的位置了,那麼就又回到上一次(第3行),將皇后擺放在另一個不衝突的位置。然後又開始第4行擺放皇后……這就是回溯法。
代碼:回溯+非遞歸

#include <iostream>

#include <iomanip>

#include <string.h>

#include <math.h>

#include <stdlib.h>

using namespace std;



int queen[9]; //queen[i] 表示第i行的皇后,擺放在第queen[i]列



bool check(int x,int y) //判斷(x,y)位置能否擺放皇后,如果可以,則返回true;

{

    int len = x;

    for (int i = 1; i < len; i++) //判斷列,和對角線上有無衝突

        if (queen[i] == y || fabs(y-queen[i]) == fabs(x-i)) return false;

    return true;

}



void display()  //打印每個皇后的列的位置

{

     int i;

     cout<<"[";

     for (i = 1; i <= 7; i++)

         cout<<queen[i]<<",";

     cout<<queen[i]<<"]"<<endl;

}



void search(int i)

{

    int flag;

    int count = 0;

    memset(queen,0,sizeof(queen));

    while (i <= 8)

    {

        flag = 0;

        for (int j = queen[i] + 1; j <= 8; j++) //j = queen[i] + 1表示從第queen[i]列,

                                        //往後找另一個不衝突的位置,因爲前面的已經找過了

        {

            if (check(i,j))     //如果(x,y)位置能否擺放皇后

            {

                queen[i] = j;  //將第i行的皇后擺放在第j列

                flag = 1;   //標記這一行可以擺放

                break;      //跳出這一層循環,開始擺放下一行的皇后

            }

        }

        if (flag == 0)  //如果循環完這一行,每個位置都衝突

        {

                 queen[i] = 0; //將這一行的皇后位置重置爲0;

                 i--;       //返回到上一行

                 if(i==0)break; //如果已經返回到了第0行,說明所有情況都找完了

        }

        else

        {

             if (i == 8)  //如果找到了第8行,說明有滿足條件的結果

             {

                display();  //輸出結果

                count++;

             }

             else i++;

        }

    }

    cout<<count<<endl;

}

int main()

{

    search(1);

    system("pause");

    return 0;

}   

回溯+遞歸:

基本思路:先從第0列開始考慮,在第0列的所有行循環試看能否放皇后,如果能則遞歸下去(找第2列的),又回到同樣的問題(正好是遞歸的特性),就這樣一直遞歸下去,出口是直到放了八個皇后,遞歸函數最低層的返回,隨着函數返回,向上回朔一層,繼續遍歷,直到這層遍歷完,再向上回朔,一直回朔到起始的

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

const int  max = 8;



int queen[max],count;



void display()

{

    int i;

    printf("[");

    for(i = 0; i < max-1; i++)

         printf("%d ", queen[i]);

    printf("%d]\n",queen[max-1]);

}



bool check(int n)  // 檢查當前列能否放置皇后

{

    int i;

    for(i = 0; i < n; i++)

        if(queen[i] == queen[n] || abs(queen[i] - queen[n]) == (n - i))

            return false;

    return true;

}



void search(int n)  // 回溯嘗試皇后位置,n爲橫座標

{

    int i;

    for(i = 0; i < max; i++)

    {

        queen[n] = i; // 將皇后擺到當前循環到的位置

        if(check(n))

        {

            if(n == max - 1) // 如果全部擺好,輸出所有皇后的座標

            {

                display();

                count++;

            }

            else

                search(n + 1); //否則繼續查找下一個皇后

        }

    }

}



int main()

{

    search(0);

    printf("%d\n",count);

    system("pause");

    return 0;

}

關於回溯的思想:這是引用其他人博客中的一段話:
回溯法是一個既帶有系統性又帶有跳躍性的的搜索算法。它在包含問題的所有解的解空間樹中,按照深度優先的策略,從根結點出發搜索解空間樹。算法搜索至解空間樹的任一結點時,總是先判斷該結點是否肯定不包含問題的解。如果肯定不包含,則跳過對以該結點爲根的子樹的系統搜索,逐層向其祖先結點回溯。否則,進入該子樹,繼續按深度優先的策略進行搜索。回溯法在用來求問題的所有解時,要回溯到根,且根結點的所有子樹都已被搜索遍才結束。而回溯法在用來求問題的任一解時,只要搜索到問題的一個解就可以結束。這種以深度優先的方式系統地搜索問題的解的算法稱爲回溯法,它適用於解一些組合數較大的問題。

二、算法框架:
1、問題的解空間:應用回溯法解問題時,首先應明確定義問題的解空間。問題的解空間應到少包含問題的一個(最優)解。

2、回溯法的基本思想:確定瞭解空間的組織結構後,回溯法就從開始結點(根結點)出發,以深度優先的方式搜索整個解空間。這個開始結點就成爲一個活結點,同時也成爲當前的擴展結點。在當前的擴展結點處,搜索向縱深方向移至一個新結點。這個新結點就成爲一個新的活結點,併成爲當前擴展結點。如果在當前的擴展結點處不能再向縱深方向移動,則當前擴展結點就成爲死結點。換句話說,這個結點不再是一個活結點。此時,應往回移動(回溯)至最近的一個活結點處,並使這個活結點成爲當前的擴展結點。回溯法即以這種工作方式遞歸地在解空間中搜索,直至找到所要求的解或解空間中已沒有活結點時爲止。
運用回溯法解題通常包含以下三個步驟:
(1)針對所給問題,定義問題的解空間;
(2)確定易於搜索的解空間結構;
(3)以深度優先的方式搜索解空間,並且在搜索過程中用剪枝函數避免無效搜索;

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