大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。
回溯法,又被称为“试探法”。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。
回溯VS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。
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:
图1 状态树
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。
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。
图 2 八皇后问题示例(#代表皇后)
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。
源代码:
代码语言:javascript复制#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1
Counts ;
//输出这个摆法
print();
//每次成功,都要将数组重归为0
Queenes[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;
}
因为八皇后摆放方式有92种,这里也不再一一列举。
下面的是个人的一点解决方法,算不上完全解决了这个问题,说到底还是回溯法没有用好,只能输出一种解决方法。
源代码:
代码语言:javascript复制int queens[8] = { 0 };
int count = 0;
//check函数,若通过检查返回1,否则返回0
int check(int x, int y)
{
for (int i = 0; i < x; i )
{
//遍历之前所有行,若有重复 则返回0
if (queens[i] == y)
return 0;
}
for (int i = 0; i < x; i )
{
int qx, qy;
qx = i;
qy = queens[i];
if (abs(x - qx) == abs(y - qy))
return 0;
}
return 1;
}
//goback,如果发现这一层任何位置都不可以放置皇后,则回退到上一层
void goback()
{
count--;
if (queens[count] == 7)
goback();
else
queens[count] =queens[count] ;
while (check(count, queens[count]) == 0)
{
if (queens[count] == 7)
goback();
else
queens[count] ;
}
}
//显示8皇后位置
void showPos()
{
countShow ;
for (int i = 0; i < 8; i )
{
for (int j = 0; j < 8; j )
{
if (queens[i] == j)
printf("1");
else
printf("0");
}
printf("n");
}
for (int i = 0; i < 8; i )
{
printf("%d ", queens[i]);
}
printf("第%d个八皇后n",countShow);
}
int main()
{
while (count!=8)
{
for (int i = 0; i < 8; i )
{
queens[count] = i;
if (check(count, i))
break;
if (i == 7)
goback();
}
count ;
}
showPos();
system("pause");
return 0;
}
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