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
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;