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。