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  • 数据结构与算法--八皇后问题(回溯算法)

    八皇后问题介绍

    八皇后问题,是一个古老而著名的问题,是回溯算法的典型案例。该问题是国际西洋棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出:

    在8×8格的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能互相攻击,即:任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,问有多少种摆法

    那么我们使用编程来算出有多少种摆法,这也是使用回溯算法。

    分析:

    1) 第一个皇后先放第一行第一列

    2) 第二个皇后放在第二行第一列、然后判断是否OK[即判断是冲突], 如果不OK,继续放在第二列、第三列、依次把所有列都放完,找到一个合适

    3) 继续第三个皇后,还是第一列、第二列……直到第8个皇后也能放在一个不冲突的位置,算是找到了一个正确解

    4) 当得到一个正确解时,在栈回退到上一个栈时,就会开始回溯,即将第一个皇后,放到第一列的所有正确解,全部得到.

    5) 然后回头继续第一个皇后放第二列,后面继续循环执行 1,2,3,4的步骤

    说明:理论上应该创建一个二维数组来表示棋盘,但是实际上可以通过算法,用一个一维数组即可解决问题.

    arr[8] = {0 , 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3} //对应arr 下标 表示第几行,即第几个皇后,arr[i] = val , val 表示第i+1个皇后,放在第i+1行的第val+1列

    实现代码:

    package com.recursion;
    
    /**
     * Created by wanbf on 2019/6/8.   八皇后问题
     */
    public class Queue8 {
    
        //定义一个max表示共有多少个皇后
        int max = 8;
        //定义数组array, 保存皇后放置位置的结果,比如 arr = {0 , 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3}
        int[] array = new int[max];
        static int count = 0;
        static int judgeCount = 0;
        public static void main(String[] args) {
            //测试一把 , 8皇后是否正确
            Queue8 queue8 = new Queue8();
            queue8.check(0);
            System.out.printf("一共有%d解法", count);
            System.out.printf("一共判断冲突的次数%d次", judgeCount); // 1.5w
    
        }
    
    
    
        //编写一个方法,放置第n个皇后
        //特别注意: check 是 每一次递归时,进入到check中都有  for(int i = 0; i < max; i++),因此会有回溯
        private void check(int n) {
            if(n == max) {  //n = 8 , 其实8个皇后就既然放好
                print();
                return;
            }
    
            //依次放入皇后,并判断是否冲突
            for(int i = 0; i < max; i++) {
                //先把当前这个皇后 n , 放到该行的第1列
                array[n] = i;
                //判断当放置第n个皇后到i列时,是否冲突
                if(judge(n)) { // 不冲突
                    //接着放n+1个皇后,即开始递归
                    check(n+1); //
                }
                //如果冲突,就继续执行 array[n] = i; 即将第n个皇后,放置在本行得 后移的一个位置
            }
        }
    
        //查看当我们放置第n个皇后, 就去检测该皇后是否和前面已经摆放的皇后冲突
        /**
         *
         * @param n 表示第n个皇后
         * @return
         */
        private boolean judge(int n) {
            judgeCount++;
            for(int i = 0; i < n; i++) {
                // 说明
                //1. array[i] == array[n]  表示判断 第n个皇后是否和前面的n-1个皇后在同一列
                //2. Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i]) 表示判断第n个皇后是否和第i皇后是否在同一斜线
                // n = 1  放置第 2列 1 n = 1 array[1] = 1
                // Math.abs(1-0) == 1  Math.abs(array[n] - array[i]) = Math.abs(1-0) = 1
                //3. 判断是否在同一行, 没有必要,n 每次都在递增
                if(array[i] == array[n] || Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i]) ) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    
        //写一个方法,可以将皇后摆放的位置输出
        private void print() {
            count++;
            for (int i = 0; i < array.length; i++) {
                System.out.print(array[i] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    
    }
    输出
    
    0 4 7 5 2 6 1 3 
    0 5 7 2 6 3 1 4 
    0 6 3 5 7 1 4 2 
    0 6 4 7 1 3 5 2 
    1 3 5 7 2 0 6 4 
    1 4 6 0 2 7 5 3 
    1 4 6 3 0 7 5 2 
    1 5 0 6 3 7 2 4 
    1 5 7 2 0 3 6 4 
    1 6 2 5 7 4 0 3 
    1 6 4 7 0 3 5 2 
    1 7 5 0 2 4 6 3 
    2 0 6 4 7 1 3 5 
    2 4 1 7 0 6 3 5 
    2 4 1 7 5 3 6 0 
    2 4 6 0 3 1 7 5 
    2 4 7 3 0 6 1 5 
    2 5 1 4 7 0 6 3 
    2 5 1 6 0 3 7 4 
    2 5 1 6 4 0 7 3 
    2 5 3 0 7 4 6 1 
    2 5 3 1 7 4 6 0 
    2 5 7 0 3 6 4 1 
    2 5 7 0 4 6 1 3 
    2 5 7 1 3 0 6 4 
    2 6 1 7 4 0 3 5 
    2 6 1 7 5 3 0 4 
    2 7 3 6 0 5 1 4 
    3 0 4 7 1 6 2 5 
    3 0 4 7 5 2 6 1 
    3 1 4 7 5 0 2 6 
    3 1 6 2 5 7 0 4 
    3 1 6 2 5 7 4 0 
    3 1 6 4 0 7 5 2 
    3 1 7 4 6 0 2 5 
    3 1 7 5 0 2 4 6 
    3 5 0 4 1 7 2 6 
    3 5 7 1 6 0 2 4 
    3 5 7 2 0 6 4 1 
    3 6 0 7 4 1 5 2 
    3 6 2 7 1 4 0 5 
    3 6 4 1 5 0 2 7 
    3 6 4 2 0 5 7 1 
    3 7 0 2 5 1 6 4 
    3 7 0 4 6 1 5 2 
    3 7 4 2 0 6 1 5 
    4 0 3 5 7 1 6 2 
    4 0 7 3 1 6 2 5 
    4 0 7 5 2 6 1 3 
    4 1 3 5 7 2 0 6 
    4 1 3 6 2 7 5 0 
    4 1 5 0 6 3 7 2 
    4 1 7 0 3 6 2 5 
    4 2 0 5 7 1 3 6 
    4 2 0 6 1 7 5 3 
    4 2 7 3 6 0 5 1 
    4 6 0 2 7 5 3 1 
    4 6 0 3 1 7 5 2 
    4 6 1 3 7 0 2 5 
    4 6 1 5 2 0 3 7 
    4 6 1 5 2 0 7 3 
    4 6 3 0 2 7 5 1 
    4 7 3 0 2 5 1 6 
    4 7 3 0 6 1 5 2 
    5 0 4 1 7 2 6 3 
    5 1 6 0 2 4 7 3 
    5 1 6 0 3 7 4 2 
    5 2 0 6 4 7 1 3 
    5 2 0 7 3 1 6 4 
    5 2 0 7 4 1 3 6 
    5 2 4 6 0 3 1 7 
    5 2 4 7 0 3 1 6 
    5 2 6 1 3 7 0 4 
    5 2 6 1 7 4 0 3 
    5 2 6 3 0 7 1 4 
    5 3 0 4 7 1 6 2 
    5 3 1 7 4 6 0 2 
    5 3 6 0 2 4 1 7 
    5 3 6 0 7 1 4 2 
    5 7 1 3 0 6 4 2 
    6 0 2 7 5 3 1 4 
    6 1 3 0 7 4 2 5 
    6 1 5 2 0 3 7 4 
    6 2 0 5 7 4 1 3 
    6 2 7 1 4 0 5 3 
    6 3 1 4 7 0 2 5 
    6 3 1 7 5 0 2 4 
    6 4 2 0 5 7 1 3 
    7 1 3 0 6 4 2 5 
    7 1 4 2 0 6 3 5 
    7 2 0 5 1 4 6 3 
    7 3 0 2 5 1 6 4 
    一共有92解法一共判断冲突的次数15720次

    从输出结果可以看出 一共有92中摆法,并且在执行过程中一共判断了15720次。

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