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  • 算法学习笔记——回溯法

    一、基本概念

    回溯算法实际上一个类似枚举的搜索尝试过程,主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解,当发现已不满足求解条件时,就“回溯”返回。尝试别的路径。



    回溯法是一种选优搜索法。按选优条件向前搜索。以达到目标。但当探索到某一步时。发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步又一次选择。这样的走不通就退回再走的技术为回溯法,而满足回溯条件的某个状态的点称为“回溯点”。



    很多复杂的,规模较大的问题都能够使用回溯法。有“通用解题方法”的美称。

    二、基本思想

    在包括问题的全部解的解空间树中,依照深度优先搜索的策略,从根结点出发深度探索解空间树。当探索到某一结点时,要先推断该结点是否包括问题的解,假设包括,就从该结点出发继续探索下去,假设该结点不包括问题的解。则逐层向其祖先结点回溯。(事实上回溯法就是对隐式图的深度优先搜索算法)。

    若用回溯法求问题的全部解时,要回溯到根。且根结点的全部可行的子树都要已被搜索遍才结束。

    而若使用回溯法求任一个解时,仅仅要搜索到问题的一个解就能够结束。

    三、一般步骤

        (1)针对所给问题,确定问题的解空间:首先明白定义问题的解空间,问题的解空间应至少包括问题的一个(最优)解

        (2)确定结点的扩展搜索规则

        (3)以深度优先方式搜索解空间。并在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索

    四、算法框架

     设问题的解是一个n维向量(a1,a2,………,an),约束条件是ai(i=1,2,3,…..,n)之间满足某种条件,记为f(ai)。

    (1)非递归回溯框架

       int a[n],i;
       初始化数组a[];
       i = 1;
       while (i>0(有路可走)   and  (未达到目标))  // 还未回溯到头
    	{
          if(i > n)                                              // 搜索到叶结点
    		{   
                  搜索到一个解,输出;
    		}
           else                                                   // 处理第i个元素
    		{ 
                 a[i]第一个可能的值;
                 while(a[i]在不满足约束条件且在搜索空间内)
                {
                     a[i]下一个可能的值;
                }
                 if(a[i]在搜索空间内)
                {
                     标识占用的资源;
                     i = i+1;                              // 扩展下一个结点
                }
                else 
    			{
                     清理所占的状态空间;            // 回溯
                     i = i –1; 
                }
    		}
    	}

    (2)递归的算法框架

    回溯法是对解空间的深度优先搜索,在普通情况下使用递归函数来实现回溯法比較简单,当中i为搜索的深度。框架例如以下:
      
     int a[n];
       try(int i)
    	{
          if(i>n)
              输出结果;
            else
            {
               for(j = 下界; j <= 上界; j=j+1)  // 枚举i全部可能的路径
               {
                  if(fun(j))                 // 满足限界函数和约束条件
                    {
                       a[i] = j;
                     ...                         // 其它操作,如回溯前的清理工作(如a[i]置空值等);
                       try(i+1);
                     
                     }
                }
            }
    	}

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