基础练习 2n皇后问题 (两次DFS)

解决2n皇后问题:双色皇后排列策略
本文探讨2n皇后问题的解决方案,采用先放置黑皇后,然后依次放置白皇后的策略。通过深度优先搜索(DFS)实现,每次成功放置白皇后时计数加1。该方法涉及黑皇后DFS完成后,紧接着进行白皇后DFS的嵌套过程。
 基础练习 2n皇后问题  
时间限制:1.0s   内存限制:512.0MB
      
问题描述
  给定一个n*n的棋盘,棋盘中有一些位置不能放皇后。现在要向棋盘中放入n个黑皇后和n个白皇后,使任意的两个黑皇后都不在同一行、同一列或同一条对角线上,任意的两个白皇后都不在同一行、同一列或同一条对角线上。问总共有多少种放法?n小于等于8。
输入格式
  输入的第一行为一个整数n,表示棋盘的大小。
  接下来n行,每行n个0或1的整数,如果一个整数为1,表示对应的位置可以放皇后,如果一个整数为0,表示对应的位置不可以放皇后。
输出格式
  输出一个整数,表示总共有多少种放法。
样例输入
4
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
样例输出
2
样例输入
4
1 0 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
样例输出

0


问题分析:很简单能想到的就是先把其中一个颜色的皇后排了,然后再排另一个颜色,这里我假设先把黑皇后排列好,当黑皇后排列好厚再排列白皇后,每次白皇后排列好后计数就加1,而能想到排列的话一定用的事DFS,所以就是在黑皇后排好后再排白皇后也就是黑皇后DFS到最后一排后再嵌套一个白皇后的DFS



#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<iostream>
using namespace std;

int maze[10][10];
int bqueen[10];		//bqueen[i]表示第i的皇后所处的列数 
int wqueen[10];		//同上 
int Count = 0;
int n;

int wdfs(int row)
{
	//同样判断(刚刚填充的第row-1行的皇后和之前的每一个比较 
	int check;
	for(int i=1; i<row-1; i++)
	{
		check = wqueen[row-1]-wqueen[i];
		if (check==0 || check==row-1-i || -check==row-1-i)
			return 0;	
	} 
	
	//白皇后填充完毕,计数
	if (row==n+1)
	{
		Count++;
		return 0;
	} 
	
	for(int i=1; i<=n; i++)
	{
		if (maze[row][i]==1 && bqueen[row]!=i)
		{
			wqueen[row] = i;
			wdfs(row+1); 
		}	
	} 
}

int bdfs(int row)
{
	//判断是否同列以及在对角线 
	int check;
	for(int i=1; i<row-1; i++)
	{
		check = bqueen[row-1]-bqueen[i];	//列数之差 
		if (check==0 || check==row-1-i || -check==row-1-i)	//row-1-i位行数之差
			return 0; 
	}
	
	//黑皇后填充完毕 ,填充白皇后 
	if (row==n+1)
	{
		wdfs(1);
		return 0;
	}
	
	for(int i=1; i<=n; i++)
	{
		if (maze[row][i]==1) 
		{
			bqueen[row] = i;
			bdfs(row+1);
		}
	}
}

int main()
{
	scanf("%d",&n);
	
	for(int i=1; i<=n; i++)
		for(int j=1; j<=n; j++)
			scanf("%d",&maze[i][j]);
			
	memset(bqueen,0,sizeof(bqueen));
	memset(wqueen,0,sizeof(wqueen));

	bdfs(1);	//先排黑皇后
	
	printf("%d\n",Count);
	return 0;	
}


### 算法思路 2n皇后问题是一个经典的组合优化问题,其核心目标是在一个 $ n \times n $ 的棋盘上放置 $ n $ 个黑皇后和 $ n $ 个白皇后,使得同一颜色的皇后之间互不攻击。具体来说,任意两个黑皇后或任意两个白皇后都不能在同一行、同一列或同一条对角线上。 解决这一问题的关键在于如何高效地搜索所有可能的放置方案,并确保满足上述条件。通常采用 **递归与回溯** 的方法来实现这一目标。 #### 回溯算法的核心思想 1. **逐行放置皇后**:由于每行只能放置一个皇后,因此可以从第一行开始,依次在每一行中尝试将皇后放置在某一列。 2. **冲突检测**:每次放置皇后时,必须检查该位置是否与之前已经放置的同色皇后发生冲突(即是否在同一列或对角线上)。 3. **递归调用**:如果当前位置合法,则进入下一行继续放置下一个皇后。 4. **回溯机制**:如果某一行的所有列都无法放置皇后,则需要返回到上一层递归,调整上一行的皇后位置,重新尝试新的放置方式。 #### 2n皇后的特殊性 在2n皇后问题中,除了要处理黑皇后之间的冲突外,还需要同时处理白皇后之间的冲突。这意味着,在黑皇后完成放置后,再进行白皇后的放置时,也需要确保白皇后的位置不会与已有的白皇后发生冲突,并且不能与黑皇后重叠[^3]。 --- ### 实现方法 以下是一个基于C++的实现示例,展示了如何通过递归和回溯解决2n皇后问题: ```cpp #include <cmath> #include <iostream> using namespace std; #define M 20 int n; int p1[M] = {0}; // 黑皇后的位置数组 int p2[M] = {0}; // 白皇后的位置数组 int qi[M][M]; // 棋盘矩阵,0表示该位置不可放置 int sum = 0; // 解的数量 // 判断黑皇后是否冲突 int pd1(int h) { for (int i = 0; i < h; i++) { if ((p1[i] == p1[h]) || (abs(h - i) == abs(p1[i] - p1[h]))) return 0; } return 1; } // 判断白皇后是否冲突 int pd2(int h) { for (int i = 0; i < h; i++) { if ((p2[i] == p2[h]) || (abs(h - i) == abs(p2[i] - p2[h]))) return 0; } return 1; } // 放置白皇后 void fang2(int h) { if (h == n) sum++; else { for (int i = 0; i < n; i++) { if (p1[h] == i) continue; // 不能与黑皇后重叠 if (qi[h][i] == 0) continue; // 该位置不可放置 p2[h] = i; if (pd2(h)) fang2(h + 1); } } } // 放置黑皇后 void fang1(int h) { if (h == n) fang2(0); // 黑皇后放完后开始放白皇后 else { for (int i = 0; i < n; i++) { if (qi[h][i] == 0) continue; // 该位置不可放置 p1[h] = i; if (pd1(h)) fang1(h + 1); } } } int main() { cin >> n; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) cin >> qi[i][j]; } fang1(0); cout << sum; return 0; } ``` --- ### 算法优化建议 1. **剪枝策略**:在递归过程中,可以通过提前判断某些明显不合法的位置来减少不必要的计算。 2. **位运算优化**:对于较小的 $ n $ 值(如 $ n \leq 8 $),可以使用位运算来加速冲突检测过程。 3. **预处理棋盘**:对于给定的棋盘限制(如某些格子不能放置皇后),可以在初始化阶段就排除这些无效位置,避免重复判断。 ---
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