回溯VS递归,回溯法(八皇后问题)及C语言实现

回溯法

《回溯VS递归,回溯法(八皇后问题)及C语言实现》 C/C++零基础交流学习群:569268376

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。

例如,在解决列举集合 {1,2,3} 中所有子集的问题中,就可以使用回溯法。从集合的开头元素开始,对每个元素都有两种选择:取还是舍。当确定了一个元素的取舍之后,再进行下一个元素,直到集合最后一个元素。其中的每个操作都可以看作是一次尝试,每次尝试都可以得出一个结果。将得到的结果综合起来,就是集合的所有子集。

实现代码为:

#include

//设置一个数组,数组的下标表示集合中的元素,所以数组只用下标为1,2,3的空间

int set[5];

//i代表数组下标,n表示集合中最大的元素值

void PowerSet(int i,int n){

//当i>n时,说明集合中所有的元素都做了选择,开始判断

if (i>n) {

for (int j=1; j<=n; j++) {

//如果树组中存放的是 1,说明在当初尝试时,选择取该元素,即对应的数组下标,所以,可以输出

if (set[j]==1) {

printf(“%d “,j);

}

}

printf(“”);

}else{

//如果选择要该元素,对应的数组单元中赋值为1;反之,赋值为0。然后继续向下探索

set[i]=1;PowerSet(i+1, n);

set[i]=0;PowerSet(i+1, n);

}

}

int main() {

int n=3;

for (int i=0; i<5; i++) {

set[i]=0;

}

PowerSet(1, n);

return 0;

}

运行结果:

1 2 3

1 2

1 3

1

2 3

2

3

回溯VS递归

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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:

《回溯VS递归,回溯法(八皇后问题)及C语言实现》 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

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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。

《回溯VS递归,回溯法(八皇后问题)及C语言实现》 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。

实现代码:

#include

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

//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(“”);

}

printf(“================”);

}

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;

}

大家可以自己运行一下程序,查看运行结果,由于八皇后问题有92种摆法,这里不一一列举。

最后能到看到这里的先生和女士们,记得点关注哦,持续更新,更多C/C++知识持续中

    原文作者:这个人很懒什么都没留下
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/b1e6f28bdc48
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