算法之----回溯算法(小白看不懂打我,以N皇后问题为案例,带你看回溯过程)

如果这篇文章能够让你更进一步了解回溯算法,哪怕一点点也行,希望留下个赞

一、回溯算法的定义

  • 百度定义:回溯法(探索与回溯法)是一种选优搜索法,又称为试探法,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,就退回一步重新选择,这种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”。点它直达

  • 我的定义:根据题目要求的条件,假设某个“点”、“状态”符合条件,不断的往深度试探,不行就回退到上级,直到所有的假设都完成了

  • 那它跟穷举法又有什么本质区别呢?区别在于,它能够回溯。

二、回溯算法的深入理解

  1. 在分享这篇文章之前,我查看了很多csdn博主的文章,希望能够找到回溯算法的深入理解的文章,但都是无功而返,然后我去百度,发现百度的理解,符合我对这个算法的理解,所以我希望大家直接看百度的就行,虽然有点难懂,但没事,后面我会演示说明给大家看
  2. 在此我做了回溯算法的经典案例:迷宫问题、数独问题、8皇后问题;如果需要java完整实现代码,下方留言或者关注微信公众号,我可以亲自发给大家,每一步都有详细的解释,不怕你不懂
  3. 百度的深入理解:从开始结点(根结点)出发,以深度优先搜索整个状态空间。这个开始结点成为活结点,同时也成为当前的扩展结点。在当前扩展结点处,搜索向纵深方向移至一个新结点。这个新结点成为新的活结点,并成为当前扩展结点。如果在当前扩展结点处不能再向纵深方向移动,则当前扩展结点就成为死结点。此时,应往回移动(回溯)至最近的活结点处,并使这个活结点成为当前扩展结点。回溯法以这种工作方式递归地在状态空间中搜索,直到找到所要求的解或解空间中已无活结点时为止。
  4. 如果你真的理解了第三点,我相信你的肯定理解了回溯算法的原理,强烈建议看看第三点(虽然很臭很长)

所谓的模板套路?

  • 套路是别人总结的,你连回溯都不知道怎么回溯,你怎么用人家的模板?
  • 如果你真想彻底搞定这个回溯算法,那就自己走一遍,做几道经典案例题,然后自己总结模板,别一上来就什么模板不模板的。

三、N皇后问题案例驱动讲解

纸上谈兵终觉浅,得知此事要躬行,如果你想真的搞懂这个算法,那就去做经典案例

N皇后案例:
这里我用4皇后案例问题来讲解回溯算法的回溯过程,带你看看怎么回溯的,说了大半天的回溯,到底是如何回溯的。

  • 规则:
    4×4 格的国际象棋上摆放4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

这里放上4*4的棋盘,为每个格子编上序号:(这里用表格来模拟)

1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16

回溯过程:(希望你跟着我跑之前,自己先跑一下,要怎么放皇后才能够解决问题
看图说话: ---->

走起:

  1. 每次放置皇后都是放在行开头第一个位置
  2. 每放置一个皇后都要先判断是否是和已放的皇后冲突
  3. 第一个皇后可以放在16格中的任意位置,但是为了不移漏,所以肯定先放1号
  4. 第二个皇后放5号,不行,6号不行,7号可以,(此时的8号还未探测,因为7号节点符合条件,所以还要往下探测)
  5. 第三个皇后放9号,不行,10号不行,11,12都不行(此时回到第四步的7号节点,这就是回溯,也就是递归返回来了,因为第五步走完走不通)
  6. 那第二个皇后就放到8号格子,然后又开始放第三个皇后,9号不行,10号行(11、12还未探测,因为10满足条件,所以又往下探测)
  7. 放第四个皇后,13. 14. 15. 16都不行,回溯到第三个皇后的10号
  8. 第三个皇后开始放11号格,然后又开始第七步的操作,发现又不行,然后第三个皇后放12号,又重复第7步,还是不行,所以回溯到第二个皇后的8号节点,再回溯到1号节点
  9. 至此1号节点的所有路径都已经探测完,没有通路(符合条件的路),所以把第一个皇后放置在2号节点,又重复上述操作,这就是回溯算法的执行过程

小提示:回溯的过程是用栈来实现的,因为栈的特性是后进先出(所以如果你不是很了解这个过程,那可以把每次调用递归函数都压入栈,然后走一下过程)

如果上述说的你真的懂了,那写代码真的就不难了,附上源代码

源代码

package digui;
/**
 *  回溯法来解决8皇后问题
 *(核心思想就是递归,不断的探测递归)
 * @author 1710269824
 *
 */

public class Huanghou {
	//定义一个max表示共有多少个皇后
	int max = 4;
	//定义数组array, 保存皇后放置位置的结果,比如 arr = {1 3 0 2 } 
	int[] array = new int[max];
	//设置一个变量,用来限制解集
	static int limit = 0;
	public static void main(String[] args) {
		Huanghou queue = new Huanghou();
		queue.check(0);
	}
	
	
	
	//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) {
		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() {
		for (int i = 0; i < array.length; i++) {
			System.out.print(array[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}

}

代码说明:

  • 这个代码是用一维数组来解决皇后问题,数组下标+1就是行号,值+1就是列号,第几个元素就是第几个皇后,(如arr[0]=1,表示第一个皇后放在第一行,第二列。)
  • 这个代码的完整版是出自韩顺平老师之手,这里只是介绍思想和回溯过程(不过老师的这个一维代替二维的思想还是非常值得学习的呀呀呀)

四、分享与交流

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