回溯算法實際上一個類似枚舉的搜索嘗試過程,主要是在搜索嘗試過程中尋找問題的解,當發現已不滿足求解條件時,就“回溯”返回,嘗試別的路徑?;厮莘ㄊ且环N選優搜索法,按選優條件向前搜索,以達到目標。但當探索到某一步時,發現原先選擇并不優或達不到目標,就退回一步重新選擇,這種走不通就退回再走的技術為回溯法,而滿足回溯條件的某個狀態的點稱為“回溯點”。
回溯算法的基本思想是:從一條路往前走,能進則進,不能進則退回來,換一條路再試。
八皇后問題,是一個古老而著名的問題,是回溯算法的典型案例。該問題是國際西洋棋棋手馬克斯·貝瑟爾于1848年提出:在8×8格的國際象棋上擺放八個皇后,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇后都不能處于同一行、同一列或同一斜線上,問有多少種擺法。
這邊先以4皇后來解釋解決步驟:
詳細說明
在第一行有四種可能,選擇第一個位置放上皇后
第二行原本可以有四種可能擺放,但是第一第二個已經和第一行的皇后沖突了,因此只剩下第三第四個格子了,先選擇第三個格子
接下來是第三行,根據規則可以看出,第三行已經沒有位置放了,因為都跟第一第二行的皇后沖突,此時返回到第二行第四個
繼續來到第三行,發現只有第二個滿足條件
然后發現第四行已經不能放了,只能繼續返回,返回到第一行,開始下一種可能
按照 1-5 的步驟,可以找到下面的其中一種解法
總而言之,回溯法就是開始一路到底,碰到南墻了就返回走另外一條路,有點像窮舉法那樣走遍所有的路。
PHP代碼實現:
<?php class Backtracking { protected $chessboard; // 棋盤 二維數組 表示坐標軸 protected $N; // N表示幾皇后 protected $has_set_x; // 已經設置的x坐標數組 已經設置的x坐標就不能重復了,用于檢查坐標是否可用 protected $has_set_y; // 已經設置的y坐標數組 已經設置的y坐標就不能重復了,用于檢查坐標是否可用 protected $has_set_site; // 已經設置的點 function __construct($N) { // 初始化數據 $this->N = $N; $this->chessboard = array(); for ($i=0; $i < $N; $i++) { for ($j=0; $j < $N; $j++) { $this->chessboard[$i][$j] = 0; } } $this->has_set_x = array(); $this->has_set_y = array(); $this->has_set_site = array(); } // 獲取排列 public function getPermutation($is_get_on = true) { // is_get_on 是否獲取一種排列 true:是 false:獲取所有排列 $current_n = 0; // 當前設置第幾個皇后 $start_x = 0; // 當前的x坐標 從x開始放置嘗試 $permutation_array = array(); // 全部皇后放置成功的排列數組 while ($current_n < $this->N && $current_n >= 0) { $site_result = $this->setQueenSite($current_n, $start_x); // 設置皇后位置 if($site_result == true && $current_n + 1 >= $this->N) { // 如果最后的皇后位置放置成功則記錄信息 $permutation_array[] = array_merge($this->has_set_site, array(array('x' => $site_result['x'], 'y' => $site_result['y']))); if($is_get_on == false) { // 如果是獲取所有排列,則設置當前放置失敗,讓程序回溯繼續找到其他排列 $site_result = false; } } if($site_result == true) { $this->chessboard[$site_result['x']][$site_result['y']] = 1; $this->has_set_x[] = $site_result['x']; $this->has_set_y[] = $site_result['y']; $this->has_set_site[] = array('x' => $site_result['x'], 'y' => $site_result['y']); $current_n++; // 皇后位置放置成功,繼續設置下一個皇后,重置下一個皇后的x坐標從0開始 $start_x = 0; }else { // 當前皇后找不到放置的位置,則需要回溯到上一步 $previous_site = array_pop($this->has_set_site); // 找到上一步皇后的位置 if(!empty($previous_site)) { $start_x = $previous_site['x'] + 1; // 讓上一步的皇后的x坐標+1繼續嘗試放置 $this->deleteArrayValue($this->has_set_x, $previous_site['x']); $this->deleteArrayValue($this->has_set_y, $previous_site['y']); $this->chessboard[$previous_site['x']][$previous_site['y']] = 0; } $current_n--; // 回溯到上一步,即讓一個皇后x坐標+1繼續嘗試放置 } } return $permutation_array; } // 設置皇后位置 public function setQueenSite($n, $start_x) { $start_y = $n; if($start_x >= $this->N) return false; $check_result = $this->checkQueenSite($start_x, $start_y); // 檢查當前是否可放置 if($check_result == true) { return array('x' => $start_x, 'y' => $start_y); }else { // 不可放置,則x坐標+1,繼續嘗試 $start_x++; return $this->setQueenSite($n, $start_x); } } // 檢查皇后位置是否正確 public function checkQueenSite($x, $y) { // 判斷當前坐標的橫、縱、斜線是否存在已經放置的皇后 if(in_array($x, $this->has_set_x)) return false; if(in_array($y, $this->has_set_y)) return false; $operate_array = array( array('operate_x' => '+', 'operate_y' => '+'), array('operate_x' => '-', 'operate_y' => '-'), array('operate_x' => '+', 'operate_y' => '-'), array('operate_x' => '-', 'operate_y' => '+') ); foreach ($operate_array as $key => $value) { $diagonal_x = $x; $diagonal_y = $y; while (true) { eval("/$diagonal_x=$diagonal_x {$value['operate_x']} 1;"); eval("/$diagonal_y=$diagonal_y {$value['operate_y']} 1;"); if($diagonal_x >= $this->N || $diagonal_y >= $this->N || $diagonal_x < 0 || $diagonal_y < 0) break; if($this->chessboard[$diagonal_x][$diagonal_y] == 1) return false; } } return true; } // 刪除數組元素 public function deleteArrayValue(&$array, $value) { $delete_key = array_search($value, $array); array_splice($array, $delete_key, 1); } } $N = 8; // 8表示獲取8皇后的排列組合$backtracking = new Backtracking($N);$permutations = $backtracking->getPermutation(false);var_dump($permutations); // 輸出92種排列
以上就是本文的全部內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持VeVb武林網。
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