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  • 004-递归

    一、递归

    递归就是方法自己调用自己,每次调用时传入不同的变量。有助于编程者解决复杂的问题,同时可以让代码变得简洁。

    递归用于解决什么样的问题

    1. 各种数学问题如: 8皇后问题,汉诺塔,阶乘问题,迷宫问题,球和篮子的问题(google编程大赛)等。

    2. 各种算法中也会使用到递归,比如快排,归并排序,二分查找,分治算法等。

    3. 用栈解决的问题可转化成递归解决-->递归代码比较简洁。

    递归需要遵守的重要规则

    1. 调用一个方法时,就创建一个新的受保护的独立空间(栈空间)。

    2. 方法的局部变量是独立的,不会相互影响。

    3. 如果方法中使用的是引用类型变量(比如数组),就会共享该引用类型的数据。

    4. 递归必须向退出递归的条件逼近,否则就是无限递归,出现StackOverflowError,程序永远不中止,直到栈内存溢出。

    5. 当一个方法执行完毕,或者遇到return,就会返回,遵守谁调用,就将结果返回给谁,同时当方法执行完毕或者返回时,该方法也就执行完毕。

    二、迷宫问题

    问题描述:

    迷宫由8*7个方格组成,红色部分为墙体(用1表示),其余部分用0表示,目标是从迷宫左上角(1,1)向右下角(6,5)找到一条路径。

    展示代码
    
    package com.atguigu.recursion;
    

    public class Maze {

    public static void main(String[] args) {
        //创建数组,模拟迷宫
        int[][] map = new int[8][7];
        //设置墙面
        for (int i = 0; i < map[0].length; i++) {
            map[0][i] = 1;
            map[map.length-1][i] = 1;
        }
        for (int i = 0; i < map.length; i++) {
            map[i][0] = 1;
            map[i][map[0].length-1] = 1;
        }
    
        map[3][1] = 1;
        map[3][2] = 1;
        //输出地图
        System.out.println("当前地图的情况");
        for (int i = 0; i < map.length; i++) {
            for (int j = 0; j < map[0].length; j++) {
                System.out.print(map[i][j]+" ");
            }
            System.out.println( );
        }
    
    
        //使用递归回溯给小球找路
        setWay(map, 1,1);
    
        //输出新的地图
        System.out.println("小球找路后地图的情况");
        for (int i = 0; i < map.length; i++) {
            for (int j = 0; j < map[0].length; j++) {
                System.out.print(map[i][j]+" ");
            }
            System.out.println( );
        }
    }
    
    
    //使用递归回溯给小球找路
    /*
    * 1. (i,j)指定起点,map[6,5]为终点。到达map[6,5]说明可以找到路。
    * 2. 约定:map[i][j]为0表示该点没有走过;为1时表示墙;为2表示通路可以走;为3表示该点已经走过,但是走不通。
    * 3. 走迷宫策略:下->右->上->左,如果该点走不通,再回溯。
     */
    public static boolean setWay(int[][] map, int i, int j){
        if(map[6][5] == 2){
            return true;
        }else{
            if(map[i][j] == 0){  // 当前点没有走过
                map[i][j] = 2;  // 假定该点可以走通
                if(setWay(map, i+1, j)){        // 向下
                    return true;
                }else if(setWay(map, i, j+1)){  // 向右
                    return true;
                }else if(setWay(map, i-1, j)){  // 向上
                    return true;
                }else if(setWay(map, i, j-1)){  // 向左
                    return true;
                }else{  //该点走不通是死路
                    map[i][j] = 3;
                    return false;
                }
            }else{  //map[i][j]值为:1、2、3其中一个
                return false;
            }
        }
    }
    

    }

    小球得到的路径,和程序员设置的找路策略有关。即:找路的上下左右的顺序相关。

    思考: 如何求出最短路径?

    可以考虑用不同的策略(上下左右的顺序不同)去走,最后统计步数最少的。

    三、八皇后问题(回溯)

    1)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

    2)解题思路

    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,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。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。

    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。

    八皇后代码实现
    
    public class Queen8 {
    
    /**
     * 定义max表示有多少个皇后
     */
    int max = 8;
    /**
     * 定义数组array,保存皇后放置位置的结果,如 arr ={0, 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3}
     */
    int[] array = new int[max];
    
    static int count = 0;
    
    public static void main(String[] args) {
        Queen8 q = new Queen8();
        q.check(0);
        System.out.printf("一共有 %d 种解法",count);
    }
    
    //放置第n个皇后
    
    private void check(int n){
        if(n == max){
            //说明8个皇后已经放好了
            print();
            return;
        }
    
        //依次放入皇后,并判断是否冲突
        for(int i=0; i<max; i++){
            array[n] = i;
            if(judge(n)){
                //不冲突
                check(n+1);
            }
            //如果冲突,执行for的下一个循环
        }
    }
    
    //当放置第n个皇后时,检测该皇后是否与之前摆放的皇后冲突
    
    /**
     *
     * @param n 表示第n个皇后 (0~7)
     * @return
     */
    private boolean judge(int n){
        for(int i=0; i<n; i++){
            // array[i]==array[n] 判断皇后 i 与 n 是否在同一列
            // Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i]) 判断皇后 i 与 n 是否在同一个对角线
            // 同一对角线 delta(x) = delta(y),即横纵坐标相等
            if(array[i]==array[n] || Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i])){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    
    
    //输出皇后摆放位置
    
    private void print(){
        count++;
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.print(array[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    

    }

    资料整理于 哔哩哔哩 尚硅谷韩顺平Java数据结构与算法

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