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【Java】八皇后问题(递归回溯/深搜)

程序员文章站 2022-05-25 21:39:39
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回溯法

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。

所谓深搜(也叫回溯法)就是采用的是“一直往下走,走不通了就掉头,换一条路再往下走”
总结来说就是递归的枚举
深度优先搜索的实质就是穷举,按照一定的顺序和规则不断地去尝试,直到找到问题的解。
对于一个问题的第一个状态叫做初始状态,最后要求的状态叫做目的状态。
在搜索的过程中,对当前状态进行检测,如果当前状态满足目的状态,那么这个当前状态就是结果之一。

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。

参考博客1——回溯法(八皇后问题)及C语言实现
参考博客2——深搜(总结+例题)

问题

在8×8格的国际象棋上摆放8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
【Java】八皇后问题(递归回溯/深搜)

思路

1)第一个皇后先放第一行第一列
2)第二个皇后放在第二行第一列、然后判断是否OK,如果不OK,继续放在第二列、第三列、依次把所有列都放完,找到一个合适
3)继续第三个皇后,还是第一列、第二列……直到第8个皇后也能放在一个不冲突的位置,算是找到了一个正确解
4)当得到一个正确解时,在栈回退到上一个栈时,就会开始回溯,即将第一个皇后,放到第一列的所有正确解,全部得到.
5)然后回头继续第一个皇后放第二列,后面继续循环执行1,2,3,4的步骤

说明:
理论上应该创建一个二维数组来表示棋盘,但是实际上可以通过算法,用一个一维数组即可解决问题.

 arr[8]={0,4,7,5,2,6,1,3} 
//对应 arr下标表示第几行,即第几个皇后, ar[i]=val ,
// val表示第i+1个皇后,放在第i+1行的第val+1列

代码

package 八皇后;

public class Queen8 {
    //定义一个max表示共有多少个皇后
	int max = 8;
	//定义数组array,保存皇后放置位置的结果
	//eg:array[i] = x,下标i表示第i+1个皇后,也就是第i+1行,x表示棋盘的第x+1列
	int array[] = new int[max];
	//统计八皇后有多少种摆法【静态方法中只能调用静态方法或属性】
	static int count=0;
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Queen8 queen8 = new Queen8();
        queen8.check(0);
        System.out.println("一共有"+count+"种摆法");
	}
	//放置第n个皇后
	//注意:check是每一次递归时,进入到check都有for(int i=0;i<max;i++),因此会有回溯
	private void check(int n) {
		if(n==max) {
			print();
			count++;
			return ;
		}
		//依次放入皇后,并判断是否冲突
		for(int i=0;i<max;i++) {
			//先把当前这个皇后n放入该行的第一列
			array[n] = i;
			//判断当放置第n个皇后到i列时是否冲突
			if(judge(n)) {
				//接着放第n+1个皇后(进入下一行)
				check(n+1);
			}
			//如果冲突,就继续循环,即将第n个皇后放置到下一列【本行后移一个位置】
		}
	}
	
    //查看当我们放置第n个皇后时,就去检测该皇后是否和前面放置的皇后有冲突
	private boolean judge(int n) { //n表示第n个皇后
		for(int i=0;i<n;i++) {
			
			/**
			 * 说明:
			 * 1.array[i]==array[n]表示判断第n个皇后和前面的n-1个皇后是否在同一列或同一斜线
			 * 2.Math.abs(n-i)==Math.abs(array[n]-array[i])
			 * 判断两个皇后是否处在同一斜线,此斜线的斜率为1或-1,可以想一下数学中求斜率的方法
			 */
			if(array[i]==array[n]||Math.abs(n-i)==Math.abs(array[n]-array[i])) {
				
				return false;
			}
		}
		return true;
	}
	//将皇后放置的位置输出
	private void print() {
		for(int i=0;i<max;i++) {
		   System.out.print(array[i]+" ");	
		}
		 System.out.println();
	}
}

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