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回溯算法与八皇后问题N皇后问题.doc

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回溯算法与八皇后问题N皇后问题.doc

上传人:guoxiachuanyue009 2021/8/4 文件大小:54 KB

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回溯算法与八皇后问题N皇后问题.doc

文档介绍

文档介绍:回溯算法与八皇后问题(N皇后问题)
1 问题描述
八皇后问题是数据结构与算法这一门课中经典的一个问题。下面再来看一下这个问题的描述。八皇后问题说的是在8*8国际象棋棋盘上,要求在每一行放置一个皇后,且能做到在竖方向,斜方向都没有冲突。更通用的描述就是有没有可能在一张N*N的棋盘上安全地放N个皇后?
2 回溯算法
              回溯算法也叫试探法,它是一种系统地搜索问题的解的方法。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。
在现实中,有很多问题往往需要我们把其所有可能穷举出来,然后从中找出满足某种要求的可能或最优的情况,从而得到整个问题的解。回溯算法就是解决这种问题的“通用算法”,有“万能算法”之称。N皇后问题在N增大时就是这样一个解空间很大的问题,所以比较适合用这种方法求解。这也是N皇后问题的传统解法,很经典。
下面是算法的高级伪码描述,这里用一个N*N的矩阵来存储棋盘:
1) 算法开始, 清空棋盘,当前行设为第一行,当前列设为第一列
2) 在当前行,当前列的位置上判断是否满足条件(即保证经过这一点的行,列与斜线上都没有两个皇后),若不满足,跳到第4步
3) 在当前位置上满足条件的情形:
在当前位置放一个皇后,若当前行是最后一行,记录一个解;
若当前行不是最后一行,当前行设为下一行, 当前列设为当前行的第一个待测位置;
若当前行是最后一行,当前列不是最后一列,当前列设为下一列;
若当前行是最后一行,当前列是最后一列,回溯,即清空当前行及以下各行的棋盘,然后,当前行设为上一行,当前列设为当前行的下一个待测位置;
以上返回到第2步
4) 在当前位置上不满足条件的情形:
若当前列不是最后一列,当前列设为下一列,返回到第2步;
若当前列是最后一列了,回溯,即,若当前行已经是第一行了,算法退出,否则,清空当前行及以下各行的棋盘,然后,当前行设为上一行,当前列设为当前行的下一个待测位置,返回到第2步;  
算法的基本原理是上面这个样子,但不同的是用的数据结构不同,检查某个位置是否满足条件的方法也不同。为了提高效率,有各种优化策略,如多线程,多分配内存表示棋盘等。
为了便于将上述算法编程实现,将它用另一种形式重写:
Queen()
Loop:
      if check_pos(curr_row, curr_col) == 1 then
             put_a_queen(curr_row, curr_col);
             if curr_row == N then
                    record_a_solution();
             end if;
      
             if curr_row != N then
                    curr_row = curr_row + 1;
                    curr_col = 1;
             else
                    if curr_col != N then
                           curr_col = curr_col + 1;
                    else
                           backtrack();
                    end if;
             end if;
      
      else
             if curr_col != N then
                    curr_col = curr_col +1;
             else
                    backtrack();
             end if;     
      end if;
end Queen;
3 实现
数据结构
这里,用一个N个元素的一维数组来表示。数组的下标表示棋盘的行,数组的元素表示该行皇后所在的列。这个结构自然就消除了列冲突,因为每一行只有一个皇后。还有利用它解决行冲突,也很简单,只要比较各个元素就行了,看有没有相等的元素。斜线冲突也简单,因为同一斜线上的在一直线上,该直线的斜率为+1(左下至右上)或-1(左上至右下),所以,左下至右上的冲突检测方法为看式子是否成立(row – curr_row)/(col – curr_col) = 1,也就是(row - col)