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  • 马踏棋盘之贪心算法优化

    问题描述:

    曾经用简单的深度优先搜索方法、递归的形式对马踏棋盘进行搜索,运行效率不甚理想。(博客见马踏棋盘之递归实现)。

    所以现在用贪心算法将其优化了一下。


    问题解析:

    主要的思想没有变,还是用深度优先搜索,只是在选下一个结点的时候做了贪心算法优化,其思路如下:

    从起始点开始,根据“马”的走法,它的下一步的可选择数是有0—8个的。

    我们知道,当下一步的可选择数为0的时候,进行回溯。当下一步的可选择数有1个的时候,我们直接取那一步就行了。但是如果下一步的可选择数有多个的时候呢?

    在上一篇博客中,我们是任意取一个的,只要它在棋盘内,且未遍历就可以了。

    但其实我们怎么选下一步,对搜索的效率影响是非常大的!


    先介绍一下“贪心算法”。百科里面的定义是:贪心算法(又称贪婪算法),是指在对问题求解时,总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说,不从整体最优上加以考虑,他所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。它只考虑局部的最优,从而让总体也最优。就我们这个马踏棋盘来说,我们每走一步都取最优的那个选择,从而让整体的算法也最优。


    但是我们选择下一步的时候(假设有a、b、c、d四个点可以选择),怎样选才算是最优呢?

    答案是:哪一个选择的下一步少,就选哪一个。

    我们选择a、b、c、d之中的某一个点作为下一步,选哪个比较好,就看哪个点的后续下一步比较少。假如我们选了a,马走到a点后的下一步有3个选择;而如果选了b后的下一步有2个;c有1个,d有2个。那么我们的最优选择是:c点!


    为什么要这样选呢?网上的解释是:“选择最难走的路,才能走的远”呜。。。好像太抽象了。

    我的理解是:有些选择的后续下一步很少,例如c点,如果不先遍历它的话以后可能会很难遍历到它。

    甚至极端一点的情况是,如果现在不遍历它(假设c点),以后都遍历不到了。遍历不成功的时候只能回溯,一直回溯到此刻的点,然后选了c点以后才能完成,这就浪费了大量的时间。



    下面放出所有代码,详细的解释后面再补上:


    #include<stdio.h>
    #define H 3		///////////代表对下一步的排序只取出最小的3个,而不是对8个都排序,这样可以节省很多时间
    
    int fx[8] = {-2,-1,1,2,2,1,-1,-2},fy[8] = {1,2,2,1,-1,-2,-2,-1},f[8] = {-15,-6,10,17,15,6,-10,-17};//////////fx[]和fy[]表示马下一步的二维的八个方向,给二维坐标x和y用;f[]表示一维的,给数组a用。
    int dep = 1;						////////////////////dep为递归的深度,代表在当前位置马已经走了多少步
    int count,z = 0,zz  = 0;			///////////////////////count表示目标要多少种解法,而z计算当前算出了多少种解法,zz记录在运算中回溯的次数
    int out[50001][8][8],F[8],a[64];				//////////out[][][]记录所有的遍历路径,a[]用一维数组记录8*8棋盘中马的遍历路径
    
    /*
     *Sorint()函数对点n的下一步进行“后续下一步可选择数”的排序,结果保存在b[][]里面
     *c表示前驱结点在结点n的哪个位置。
     */
    void Sorting(int b[64][H],int n,int c)
    {
    	int i,j,x,y,m1,m2,k,k1,l=1;
    	if(c!=-1)
    		c=(c+8-4)%8;
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		F[i]=-1;
    		m1=n+f[i];
    		x=n/8+fx[i];
    		y=n%8+fy[i];
    		if(c!=i && x>=0 && x<8 && y>=0 && y<8 && a[m1]==0)
    		{
    			F[i]++;
    			for(j=0;j<8;j++)
    			{
    				m2=m1+f[j];
    				x+=fx[j];
    				y+=fy[j];
    				if(x>=0 && x<8 && y>=0 && y<8 && a[m2]==0)
    					F[i]++;
    			}
    		}
    	}
    	b[n][0]=-1;
    	for(i=1;i<H;i++)
    	{
    		k=9;
    		for(j=0;j<8;j++)
    		{
    			if(F[j]>-1 && F[j]<k)
    			{
    				k=F[j];k1=j;
    			}
    		}
    		if(k<9)
    		{
    			b[n][l++]=k1;
    			F[k1]=-1;
    			b[n][0]=1;
    		}
    		else
    		{
    			b[n][l++]=-1;
    			break;
    		}
    	}
    }
    
    //输入起始坐标,对存放遍历路径的数组a进行初始化
    int Prepare()
    {
    	int i,j,n;
    	printf("请输入起始点的坐标:
    ");
    	printf("x=");
    	scanf("%d",&i);
    	printf("y=");
    	scanf("%d",&j);
    	printf("你要的解的数目count=");
    	scanf("%d",&count);
    	n = i*8+j-9;				//将起始点的二维坐标x、y转化成一维坐标n,从而方便数组a[64]的路径记录
    	for(i = 0;i < 64;i++)		//a[64]存放在8*8方格中马的遍历路径,搜索之前先进行清零初始化
    		a[i] = 0;
    	a[n] = 1;
    	return n;
    }
    
    //搜索遍历路径
    void Running(int n)
    {
    	int i,j,k;
    	int b[64][H],s[64];			///////////b[][]用来存放下一步的所有后续结点排序
    	s[0] = n;
    	Sorting(b,n,-1);
    	while(dep >= 0)
    	{
    		k = b[n][b[n][0]];
    		if(b[n][0] != -1 && b[n][0] < H && k != -1)
    		{
    			b[n][0]++;
    			n += f[k];
    			Sorting(b,n,k);
    			a[n] = ++dep;
    			s[dep-1] = n;
    			if(dep == 64)
    			{
    				for(i = 0;i < 8;i++)
    					for(j = 0;j < 8;j++)
    						out[z][i][j] = a[i*8+j];
    				z++;
    				if(z == count)
    				{
    					printf("
    完成!!
    ");
    					printf("回溯的次数:%d
    ",zz);
    					break;
    				}
    			}
    		}
    		else
    		{
    			dep--;
    			zz++;
    			a[n] = 0;
    			n = s[dep-1];
    		}
    	}
    }
    
    //输出所有的遍历路径
    void Output()
    {
    	int i,j,k;
    	printf("
    
    输入'1'展示详细遍历,输入'0'退出程序:");
    	scanf("%d",&count);
    	if(count)
    	{
    		for(i = 0;i < z;i++)
    		{
    			printf("
    
    
    第%d个解:
    ",i+1);
    			for(j = 0;j < 8;j++)
    			{
    				for(k = 0;k < 8;k++)
    					printf("%3d",out[i][j][k]);
    				printf("
    ");
    			}
    		}
    	}
    }
    
    void main()
    {
    	int n;
    	n = Prepare();
    	Running(n);
    	Output();
    }
    运行结果:




    测试了一下:50000条路径,耗时17秒!!!效率比普通的深度优先搜索不知道高了多少倍!



    备注:

    以上代码是四个月前写的,现在才整理出来。打击很大,当初不注意代码的格式和备注,现在看自己写的代码看到头晕脑炸,自食其果!以后必须注重写代码的风格,注意写上必须的备注,连自己写的代码的看不懂,真真可笑。一直看了好久终于看明白各个函数 各个变量的作用了,也改了一些格式,写了一些备注,到现在正的看不下去了。先把文章放出来,缓一阵再回来完善。




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