回溯算法—n皇后

文章介绍了一个使用Java实现的n皇后问题解决方案。通过回溯搜索策略,放置皇后并检查列、对角线的合法性,找到所有不同的n皇后问题解法。最终结果以列表的形式返回。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

n 皇后问题 研究的是如何将 n 个皇后放置在 n×n 的棋盘上,并且使皇后彼此之间不能相互攻击。

给你一个整数 n ,返回所有不同的 n 皇后问题 的解决方案。

每一种解法包含一个不同的 n 皇后问题 的棋子放置方案,该方案中 'Q' 和 '.' 分别代表了皇后和空位。

 

 

package com.company;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

class Main {
    List<List<String>> res = new ArrayList<>(); // 存储结果的列表

    public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
        char[][] chessboard = new char[n][n]; // 初始化棋盘
        for (char[] c : chessboard) {
            Arrays.fill(c, '.'); // 将棋盘的每个位置初始化为 '.'
        }
        backTrack(n, 0, chessboard); // 开始回溯搜索
        return res; // 返回结果
    }


    public void backTrack(int n, int row, char[][] chessboard) {
        if (row == n) { // 如果已经放置了 n 个皇后,就记录当前结果并返回
            res.add(Array2List(chessboard));
            return;
        }

        for (int col = 0;col < n; ++col) { // 尝试在当前行的每个列上放置皇后
            if (isValid (row, col, n, chessboard)) { // 如果当前位置合法
                chessboard[row][col] = 'Q'; // 在当前位置放置皇后
                backTrack(n, row+1, chessboard); // 继续搜索下一行
                chessboard[row][col] = '.'; // 回溯,撤销当前操作
            }
        }

    }


    public List Array2List(char[][] chessboard) { // 将当前棋盘状态转化为结果列表
        List<String> list = new ArrayList<>();

        for (char[] c : chessboard) {
            list.add(String.copyValueOf(c)); // 将每一行转化为字符串并加入列表
        }
        return list;
    }


    public boolean isValid(int row, int col, int n, char[][] chessboard) {
        // 检查列,因为一行只放一个 所以没有检查行的
        for (int i=0; i<row; ++i) { // 检查当前列上方的所有行,看是否有皇后
            if (chessboard[i][col] == 'Q') {
                return false; // 如果当前位置上方有皇后,说明当前位置不合法,返回 false
            }
        }

        // 检查45度对角线
        for (int i=row-1, j=col-1; i>=0 && j>=0; i--, j--) { // 检查左上方的对角线
            if (chessboard[i][j] == 'Q') {
                return false; // 如果当前位置左上方有皇后,说明当前位置不合法,返回 false
            }
        }

        // 检查135度对角线
        for (int i=row-1, j=col+1; i>=0 && j<=n-1; i--, j++) { // 检查右上方的对角线
            if (chessboard[i][j] == 'Q') {
                return false; // 如果当前位置右上方有皇后,说明当前位置不合法,返回 false
            }
        }
        return true; // 如果以上检查都通过,说明当前位置合法,返回 true
    }
}

### C语言实现N皇后问题回溯算法 以下是基于C语言编写的N皇后问题解决方案,利用回溯法完成棋盘上的皇后放置。此算法的时间复杂度为 \( O(N!) \)[^1],而空间复杂度则为 \( O(N) \),主要用于存储当前状态的信息。 #### 代码示例 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX_N 20 // 定义最大棋盘大小 int solutions_count = 0; // 记录解的数量 int board[MAX_N]; // 存储每一行皇后的位置 // 判断当前位置 (row, col) 是否合法 int is_safe(int row, int col) { for (int i = 0; i < row; i++) { // 遍历之前的行 if (board[i] == col || abs(board[i] - col) == abs(i - row)) { return 0; // 如果在同一列或者同一对角线,则不安全 } } return 1; } // 使用递归方式解决 N 皇后问题 void solve_n_queens(int n, int row) { if (row == n) { // 当前已到达最后一行,表示找到了一种解法 solutions_count++; printf("Solution %d:\n", solutions_count); for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { if (j == board[i]) { printf("Q "); // 输出皇后位置 } else { printf(". "); // 输出空白格子 } } printf("\n"); } printf("\n"); return; } for (int col = 0; col < n; col++) { // 尝试在第 row 行的所有列中放置皇后 if (is_safe(row, col)) { // 检查是否可以在该位置放置皇后 board[row] = col; // 放置皇后 solve_n_queens(n, row + 1); // 继续处理下一行 } } } int main() { int n; printf("Enter the number of queens (N): "); scanf("%d", &n); if (n > MAX_N || n <= 0) { printf("Invalid input! Please enter a value between 1 and %d.\n", MAX_N); return 1; } solve_n_queens(n, 0); // 开始求解 N 皇后问题 if (solutions_count == 0) { printf("No solution exists for %d queens.\n", n); } else { printf("Total solutions found: %d\n", solutions_count); } return 0; } ``` #### 关键点解析 - **安全性检测**:`is_safe()` 函数用于验证某个位置 `(row, col)` 是否适合放置皇后。如果存在冲突(即同列或对角线上已有其他皇后),返回 `false`;否则返回 `true`[^2]。 - **递归调用**:通过递归的方式逐步填充每行的皇后位置,并不断检查合法性。一旦某一行无法找到合适的位置,程序会自动退回到上一层重新尝试新的可能性[^3]。 - **输出结果**:每次成功找到一组解时,都会打印对应的棋盘布局以及总共有多少种不同的解法。 ---
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