算法:回溯算法(以解决n皇后问题为例)

news2025/1/10 20:33:41

基本思想:回溯算法的基本思想是:从一条路往前走,能进则进,不能进则退回来,换一条路再试。八皇后问题就是回溯算法的典型,第一步按照顺序放一个皇后,然后第二步符合要求放第2个皇后,如果没有位置符合要求,那么就要改变第一个皇后的位置,重新放第2个皇后的位置,直到找到符合条件的位置就可以了。是一种以深度优先搜索带以跳跃性搜索的算法。

回溯算法说白了就是穷举法,只不过在进行穷举的过程中,用剪枝函数跳过了一些不必要的搜索,跳过了一些不可能到达最终状态的子节点,减少状态空间树节点的生成

那么我们进行回溯算法比较疑惑的地方就是,何为状态空间树,状态空间树如何生成,如何根据问题找出非满足的状态,以及剪枝函数如何进行逻辑设定;

回溯法两种方式的伪代码:

1.递归回溯

void Backtrack(int t){
	if(t > n) Output(x);//Output 记录或者输出可行解
	else{
		for( int i = f(n,t); i <= g(n,t); ++i){//f(n,t)和g(n,t)表示在当前结点未搜索过的子树的起始编号和终止编号
			x[t] = h(i);
			if(constraint(t) && Bound(t)) Backtrack(t+1);//constraint和bound分别是约束函数和界限函数
		}
	}
}
递归实现回溯非常容易理解,但是执行效率没有迭代高,根据需要,开辟大量的内存空间,来进行递归。

2.迭代回溯:

void IterativeBacktrack(void){
 	int t = 1;
 	while(t > 0){
 		if(f(n,t) < g(n,t)){
 			for(int i = f(n,t); i <= g(n,t); ++i){//这个for 是遍历各个值的意思,实际中写成for循环会有逻辑错误
 				x[t] = h(i);
 				if(constraint(t) && bound(t)){
 					if(solution(t)) Output(x);//solution 判断是否已经得到问题的解
 					else t++;
 				}
 				else t--;
 			}
 		}
 	}
 }
 //迭代回溯相比较递归比较难理解,它的迭代过程就是解决问题的逻辑过程,不断进行循环,根据问题的规模,有时候时间复杂度也是不容乐观的。

为了个更好的理解回溯算法的原理,我们以解决n皇后问题为例:

举例:问题就是在 n×n 格的国际象棋上摆放n个皇后,使其不能互相攻击,即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,问有多少种摆法。
此问题如果用单纯的穷举法解决,会搜索出n^n个搜索结果,穷举的时候从所有皇后都放在第 1 行的方案开始,检验皇后之间是否会相互攻击。如果会,把列 H 的皇后挪一格,验证下一个方案。移到底了就 “进位” 到列 G 的皇后挪一格,列 H 的皇后重新试过全部的 n 行,毫无疑问这种方法效率极低,n过大的话直接会把计算机给跑死,所以我们来看回溯算法。

讲算法之前先展示一下何为状态空间树;

这里我们以四皇后问题解释一下何为状态空间树:

 

以一个4×4的空棋盘为根,先在棋盘的第一行第一列(1,1)处放置一个皇后1,然后观察皇后2的情况,对于皇后2,在第一列和第二列都无法放置,那么尝试第三列,当我们放置皇后2在(2,3)处时,发现皇后3无法放置,进入了死路,这时候我们进行回溯,将皇后2放置在第四列,然后发现皇后3可以放在(3,2)的这个位置,但是此时问题又出现了,皇后4无法防止,进入死路,那么我们继续回溯,回溯到皇后1应当放置的位置,将皇后1放置在第二列,依次类推,直到找到最后的可成立的一个放置解。这就是该算法的搜索状态空间树。
但是以上的只是一部分,仅仅是皇后1到达第二列为止,其他的方式还可以有搜索状态,但是总的思路是一致的。

进行搜索的过程如下(以四皇后为例)

 

解决皇后问题比较开心的就是,他的状态空间树的每一个节点就是一个二维空间,代码实现的时候,可以很清晰的进行每一步的搜索,符合计算机存储的逻辑。
到这里我们实际上已经搞清楚了,不满足的状态就是,在每一个皇后位置,同行同列对角线即为不满足,我们搜索的过程一旦遇到此种状态,在进行一步步的搜索时,就要用剪枝函数(此题中就是一个if判断)来进行跳跃回溯搜索。

综上我们大致搞清楚了,进行回溯的时候,回溯到底是一个什么逻辑,回溯难在你需要对问题足够的清晰,搞清楚你这个空间树是子集树还是排序树,亦或者其他,在进行代码实现的时候如何模拟你的搜索过程,采取哪种数据结构,运用递归还是迭代实现过程。(常见的比较难的问题时,可以先写一个递归的伪代码,一般是比较容易想出来的,然后在伪代码基础上进行修改)这是我们大体上的解决过程。总归回溯这种思想是很简明易懂的,但是回溯解决问题的时候,代码实现还是有一定的距离的,这就需要我们大量面对问题,多做多练。

代码实现:
这里只进行了迭代回溯
 

#include<stdio.h>
#include<iostream> 
#include<cmath>
using namespace std;
//用一维数组存储,解决行冲突,数组下标为行数,数组值为列数 
int x[10]={0};
int count=0;
bool judge(int k)//判断第k行某个皇后是否发生冲突 ,发生冲突就跳过
{
    int i=1;
    while(i<k)  //循环i到k-1之前的皇后; 
    { 
        if(x[i]==x[k]||abs(x[i]-x[k])==abs(i-k))//存在列冲突或者存在对角线冲突(实际上就是一种剪枝)
            return false;
        i++;
    }
    return true;
}
void queen(int n)
{
    int i,k=1; //k为当前行号,从第一行开始 
    x[1]=0;//x[k]为第k行皇后所放的列号
    while(k>0)
    {
        x[k]++;  //首先从第一列开始判断 
        while(x[k]<=n&&!judge(k))//推导k行到底选择哪一列,如果当前该列不行则下一列,直到成立即可; 
          x[k]++;
        if(x[k]<=n)  
        {
            if(k==n)//输出所有解 
            {
                for(i=1;i<=n;i++)
                    printf("第%d行的皇后:在第%d列  ",i,x[i]);
                count++;
                printf("-------这是其中第%d个解",count);   
                printf("\n");
            }

            else//判断下一行
            {
                k++; x[k]=0;
            }
        }
        else k--;//没找到,回溯
    }
    return ;
}
int main()
{
    int n;
    cout<<"请输入你的n皇后:     "; 
    cin>>n;//n最大值不超过10 
    queen(n);
    return 0;
}

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/582577.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

自动化测试套件(RSpec)

自动化测试套件(RSpec) RSpec example RSpec 是 Ruby 编程语言的测试框架。 它旨在通过提供用于定义和执行测试的领域特定语言 (DSL) 来促进行为驱动开发 (BDD)。 RSpec 允许您编写富有表现力和可读性的测试来描述代码的预期行为。 以下是 RSpec 的一些关键特性和概念&#…

电脑怎么打开隐藏文件夹?1分钟搞定!

案例&#xff1a;我的电脑上有一些文件夹是隐藏文件夹啊&#xff0c;我不知道如何打开它们&#xff0c;有没有小伙伴知道如何打开电脑上的隐藏文件夹吗&#xff1f; 【我能正常打开电脑上的其他文件夹&#xff0c;但是打不开电脑隐藏的文件夹&#xff0c;有没有小伙伴知道打开…

浪涌保护器的工作原理(SPD)

浪涌保护器&#xff08;SPD&#xff09;的工作原理如下&#xff1a; 在正常运行期间&#xff08;例如&#xff0c;在没有浪涌的情况下&#xff09;&#xff0c;电涌保护器对安装它的电路系统没有影响。它的作用类似于开路&#xff0c;并保持有源导体和大地之间的隔离。 当发生…

2023年真无线蓝牙耳机买什么品牌好一些?盘点几款值得买的蓝牙耳机

蓝牙耳机是一种无线耳机&#xff0c;其通过蓝牙技术与其他设备进行连接&#xff0c;例如手机、电脑、平板电脑等。蓝牙耳机使得用户可以在不受线缆限制的情况下享受音频体验&#xff0c;而且还可以方便地进行通话&#xff0c;目前市场上有许多不同种类和品牌的蓝牙耳机&#xf…

【滤波】设计卡尔曼滤波器

本文主要翻译自rlabbe/Kalman-and-Bayesian-Filters-in-Python的第8章节08-Designing-Kalman-Filters&#xff08;设计卡尔曼滤波器&#xff09;。 %matplotlib inline#format the book import book_format book_format.set_style()简介 在上一章节中&#xff0c;我们讨论了教…

Linux进程地址空间——上篇

目录 一. 前言&#xff1a; 二.进程地址空间 1.通过一个例子去初步的了解进程地址空间&#xff1a; 使用VS写了一段代码&#xff1a; 在Linux中使用vim编辑器写类似的代码&#xff1a; 结果解析&#xff1a; 2.什么是进程地址空间&#xff1f; 举个例子大家就明白了画饼的…

手机图片怎么提取文字?高效渠道一览

随着智能手机的普及&#xff0c;我们现在可以随时随地使用手机拍照记录生活中的点滴。然而&#xff0c;有时候我们拍照之后可能需要提取图片中的文字&#xff0c;比如拍下的菜谱、公告、名片等等。这时&#xff0c;我们就需要使用手机图片提取文字的功能。 - 采用OCR技术拍照识…

SpringBoot+Vue 实现网页版人脸登录、人脸识别!【全部开源】

介绍 FACE-UI 基于前后端分离Web端项目&#xff0c;主要实现了网页版的人脸登录&#xff0c;通过调取前端摄像头拍照&#xff0c;传入后台进行跟数据库人脸库的相似度比对。 技术点&#xff1a;Springboot&#xff0c;Mysql&#xff0c;JWT&#xff0c;VUE 2.X 等等技术实现&…

【Netty】使用 SSL/TLS 加密 Netty 程序(二十)

文章目录 前言一、SSL/TLS概述二、Sslhandler类 前言 回顾Netty系列文章&#xff1a; Netty 概述&#xff08;一&#xff09;Netty 架构设计&#xff08;二&#xff09;Netty Channel 概述&#xff08;三&#xff09;Netty ChannelHandler&#xff08;四&#xff09;ChannelP…

EnjoyVIID部署

1、下载 git clone https://gitee.com/tsingeye/EnjoyVIID.git 2、导入数据库 创建表enjoyviid 导入数据库(修改数据库文件里的编码) EnjoyVIID/sql/tsingeye-viid.sql 3、修改配置 vim EnjoyVIID/tsingeye-admin/src/main/resources/application-dev.yml 修改数据库连接、re…

clickhouse的BACKUP/RESTORE命令介绍

clickhouse的数据备份和恢复功能在大数据运维中是非常常用的功能&#xff0c;目前也有很多比较优秀的开源方案可供选择&#xff0c;比如clickhouse-backup&#xff0c; 以及clickhouse自带的clickhouse-copier。 本文介绍使用clickhouse自带的BACKUP和RESTORE命令进行备份和恢复…

vue实现验证码登陆

我们在使用 vue进行前端开发时&#xff0c;都需要登录验证&#xff0c;而在登录的过程中&#xff0c;用户需要输入自己的用户名和密码&#xff0c;如果是输错的话还需要进行再次输入。这样不仅容易造成用户密码泄露&#xff0c;还会影响用户体验。因此在我们的系统中都会存在验…

【深入浅出Spring Security(二)】Spring Security的实现原理

Spring Security的实现原理 一、实现原理二、内置Filter以及默认加载的Filter三、自动配置分析&#xff08;SpringBootWebSecurityConfiguration&#xff09;ConditionalOnMissingBean 四、自己配置SecurityFilterChain 一、实现原理 在 Spring Security 中&#xff0c;认证、…

交直流混合配电网潮流计算(统一求解法)

目录 1 主要内容 算例模型 统一求解法迭代方程 算法流程图 2 部分代码 3 程序结果 4 程序链接 1 主要内容 该程序为matlab代码&#xff0c;采用统一求解法对交直流混合配电网进行潮流计算&#xff0c;统一迭代法又称统一求解法&#xff0c;其思路是将混联系统中的交流网…

FPGA串口发送数据

module Uart(input clk, //H3input rst, //F10output reg TX //串口发送脚M12 );reg[9:0] buffer 10b1_1100_1010_0; //接收方&#xff1a;0XCA parameter SND_T 5208; //9600bps reg [15:0] cnt 0; //数据宽度计数 always (posedge clk or negedge rst) beginif(!rs…

Unity游戏优化指南大全(持续更新中!)

Unity游戏优化指南大全 三个官方优化提示&#xff1a; 性能和优化 (Performance and Optimization) - 关于性能分析器以及性能和优化技巧的 Unity 学习教程。Best practices for performance optimization in Unity - 优化应用程序的最佳实践指南。Ultimate guide to profili…

【gstreamer】入门介绍

概述 GStreamer是一个基于流媒体的框架&#xff0c;是一个开放源代码的多媒体框架&#xff0c;用于创建音频和视频处理应用程序。它是一个运行在多个操作系统上的跨平台框架&#xff0c;支持多种不同的多媒体格式。 GStreamer框架的核心是基于插件的体系结构&#xff0c;插件…

GEE:绘制一个点的时间序列折线图,并且显示所有可用影像(逐日合成影像集合)

作者:CSDN @ _养乐多_ 本文将介绍在 Google Earth Engine (GEE)平台上,对“COPERNICUS/S5P/NRTI/L3_CO”数据集逐日合成,并可视化所有影像,根据逐日合成数据集绘制指定点的时间序列折线图。 图1 每天合成图像可视化 图2 一个点的每天合成时间序列折线图 文章目录 一、代…

VWS型振弦式应变计安装埋设时要注意什么

VWS型振弦式应变计是一种常见的应变测量设备&#xff0c;它是通过将振弦安装在被测结构上来实现应变测量。南京峟思专业的应变计生产厂家提醒大家&#xff0c;在安装和埋设VWS型振弦式应变计时&#xff0c;需要注意以下事项&#xff1a; 南京峟思工程仪器振弦式应变计 ​​​​…

84.Rem和max-width如何工作

max-width 首先我们先看普通的width是什么样的效果&#xff01; 首先给个测试的div <div class"test">TEST</div>● 然后CSS给定一个宽度 .test {width: 1000px;background-color: red;padding: 100px; }如上图&#xff0c;不管你的浏览器窗口如何改变…