问题描述:
要在8*8的国际象棋棋盘中放8个皇后,使任意两个皇后都不能互相吃掉。规则是皇后能吃掉同一行、同一列、同一对角线的棋子。如下图即是两种方案:
、
解决方案:
8*8的棋盘要摆放8个皇后,且不能同行同列同对角线,那么每行必定会有一个皇后。我们可以设一个数组a用来存放每一行皇后的位置,元素值表示第几列(如a[1]=5表示第一行的皇后处于第五个格)。然后只需要求出数组a的值 问题就解决了,下面介绍三种回溯解法:
1、八个for循环。用枚举的办法,八个for循环分别枚举每一行的8个位置,但是我们不用全部枚举完,可以采用“剪枝策略”,即遇到不适合的情况就回溯。例如当a[1]=4,第二行a[2]=4与a[1]同列,不符合题意。接下来的六个循环就不用穷举下去了,直接"continue;"去检验a[2]=5.....具体代码如下:
void main() { int a[9]; int i,t=1; for(a[1]=1;a[1]<9;a[1]++) for(a[2]=1;a[2]<9;a[2]++) { if(!Check(a,2)) continue; for(a[3]=1;a[3]<9;a[3]++) { if(!Check(a,3)) continue; for(a[4]=1;a[4]<9;a[4]++) { if(!Check(a,4)) continue; for(a[5]=1;a[5]<9;a[5]++) { if(!Check(a,5)) continue; for(a[6]=1;a[6]<9;a[6]++) { if(!Check(a,6)) continue; for(a[7]=1;a[7]<9;a[7]++) { if(!Check(a,7)) continue; for(a[8]=1;a[8]<9;a[8]++) { if(!Check(a,8)) continue; else { printf("第%d种解法: ",t++); for(i=1;i<9;i++) printf("第%d个皇后:%d ",i,a[i]); printf(" "); } } } } } } } } }
/////////////////////////////////Check函数功能:检验第n行的皇后是否和之前的皇后有冲突,没有的话返回1 int Check(int a[],int n) { for(int i=1;i<n;i++) { if(abs(a[i]-a[n])==abs(i-n) || a[i]==a[n])//////////////见下面注释 return 0; } return 1; }
代码注释:
某一行的皇后a[n]不能和之前的皇后a[i]位置有冲突,约束条件为:
a、不在同一列:a[n] != a[i]
b、不在同一行:因为现在是每一行求一个皇后的位置,所以同一行不会有冲突,不需要考虑。
c、不在同一对左角线:a[n]-a[i] != n-i
d、不在同一右对角线:a[n]-a[i] != -(n-i)
条件c和d可以合成:abs(a[n]-a[i]) != abs(n-i)
总结:其实这里用到的就是深度优先搜索的思想,从第一行的皇后一直深入去找第二行、第三行...皇后的位置。其中加上了约束条件Check函数进行“剪枝”。这就是回溯算法的思想:深度优先搜索,遇到不满足的情况就进行回溯。
2、方法一的优化。上述代码易读、易懂,但是用八个for循环不免显得很累赘,而且如果要求在100*100的棋盘上放100个皇后这种“N皇后问题“呢?难道用100个for循环吗?我们来把代码优化一下,用到的思想还是和方法一相同:深度优先搜索、回溯。具体代码如下:
void main() { int a[256]={0}; int i=1,j,n,t=1;////////////////////////////////////i表示当前正在搜索第i行的皇后位置 printf("请输入几皇后?n="); scanf("%d",&n); while(i>0) { for(a[i]++;a[i]<=n;a[i]++) { if(Check(a,i))//////////////////////////////如果第i行的皇后与之前的皇后位置上没有冲突,则break跳出循环 break; } if(a[i]<=n)/////////////////////////////////////如果a[i]<=n,即上面的for循环是由“break;”跳出来的,即第i行皇后的位置符合条件 { if(i==n)////////////////////////////////////找到一组解,输出 { printf("第%d种解法: ",t++); for(j=1;j<=n;j++) printf("第%d个皇后:%d ",j,a[j]); printf(" "); } else////////////////////////////////////////未找完 { i++; a[i]=0; } } else i--;////////////////////////////////////////回溯 } }代码注释:上面用到的Check函数和方法一的Check函数相同。
总结:虽然上面代码中只用到两层循环,但是思想、思路和方法一都是一样的,时间复杂度也是和方法一的时间复杂度相同。当n大于10之后运算就已经比较困难了。
3、递归实现。上面两种方法都是用到了深度优先搜索,而一般而言,深度优先搜索都是可以用递归来实现的。下面我们用递归的方式解决八皇后问题。具体代码如下:
int a[20],n,i,j,t=1;////////////////////////////////////////全局变量 void Try(int i) { int j,k; for(j=1;j<=n;j++) { a[i]=j; if(Check(a,i))///////////////////////////////////////如果第j列不会与之前的皇后冲突 { if(i<n)//////////////////////////////////////////如果i<n,即还没有找到八个皇后,继续递归 Try(i+1); else ////////////////////////////////////////////如果找到了一组解就输出 { printf("第%d种解法: ",t++); for(k=1;k<=n;k++) printf("第%d个皇后:%d ",j,a[k]); printf(" "); } } } } void main() { printf("几皇后?n="); scanf("%d",&n); Try(1); }
代码注释:
a、此处递归的思路很简单,每一层递归表示一行皇后,j表示列,即a[i]=j表示第i行的皇后位置在第j列。
b、以上用到的Check函数与方法一的Check函数相同。
我不清楚是什么原因,递归的速度竟然明显比前面的两种方法快??