1. 概念
回溯算法实际上一个类似枚举的深度优先搜索尝试过程,主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解,当发现已不满足求解条件时,就“回溯”返回(也就是递归返回),尝试别的路径。
回溯的处理思想,有点类似枚举(列出所有的情况)搜索。我们枚举所有的解,找到满足期望的解。为了有规律地枚举所有可能的解,避免遗漏和重复,我们把问题求解的过程分为多个阶段。每个阶段,我们都会面对一个岔路口,我们先随意选一条路走,当发现这条路走不通的时候(不符合期望的解),就回退到上一个岔路口,另选一种走法继续走。
2. 经典问题
2.1 问题说明
n 皇后问题研究的是如何将 n 个皇后放置在 n×n 的棋盘上,并且使皇后彼此之间不能相互攻击。
我们把这个问题划分成 8 个阶段,依次将 8 个棋子放到第一行、第二行、第三行……第八行。在放置的过程中,我们不停地检查当前放法,是否满足要求。如果满足,则跳到下一行继续放置棋子;如果不满足,那就再换一种放法,继续尝试。
2.2 代码验证
package org.wanlong.algorithm;
/**
* @author wanlong
* @version 1.0
* @description:
* @date 2023/6/16 15:54
*/
public class NQueens {
//皇后数
static int QUEENS = 8;
//下标表示行,值表示queen存储在哪一列
int[] result = new int[QUEENS];
/**
* 在每行放置Queen
*
* @param row
*/
public void setQueens(int row) {
//递归中断
if (row == QUEENS) {
printQueens();
return;
}
//在每行依次放置列 没有合适的则回到上一层
for (int col = 0; col < QUEENS; col++) {
if (isOk(row, col)) {
//设置列
result[row] = col;
//开始下一行
setQueens(row + 1);
}
}
}
/**
* 打印输出
*/
private void printQueens() {
for (int i = 0; i < QUEENS; i++) {
for (int j = 0; j < QUEENS; j++) {
if (result[i] == j) {
System.out.print("Q| ");
} else {
System.out.print("*| ");
}
}
System.out.println();
}
System.out.println("-----------------------");
}
/**
* 判断是否可以放置
*
* @param row 行
* @param col 列
* @return
*/
private boolean isOk(int row, int col) {
int leftup = col - 1;
int rightup = col + 1;
// 逐行往上考察每一行
for (int i = row - 1; i >= 0; i--) {
//列上存在queen
if (result[i] == col)
return false;
//左上对角线存在queen
if (leftup >= 0) {
if (result[i] == leftup)
return false;
}
//右下对角线存在queen
if (rightup < QUEENS) {
if (result[i] == rightup)
return false;
}
leftup--;
rightup++;
}
return true;
}
public static void main(String[] args) {
NQueens queens = new NQueens();
queens.setQueens(0);
}
}
3. 时间复杂度
N皇后问题的时间复杂度为: O(n!)实际为 n!/2
4. 优缺点
4.1 优点
回溯算法的思想非常简单,大部分情况下,都是用来解决广义的搜索问题,也就是,从一组可能的解中,选择出一个满足要求的解。回溯算法非常适合用递归来实现,在实现的过程中,剪枝操作是提高回溯效率的一种技巧。利用剪枝,我们并不需要穷举搜索所有的情况,从而提高搜索效率。
4.2 缺点
效率相对于低(动态规划)
5. 适用场景
回溯算法是个“万金油”。基本上能用动态规划、贪心解决的问题,我们都可以用回溯算法解决。回溯算法相当于穷举搜索。穷举所有的情况,然后对比得到最优解。不过,回溯算法的时间复杂度非常高,是指数级别的,只能用来解决小规模数据的问题。对于大规模数据的问题,用回溯算法解决的执行效率就很低了