从八皇后问题到2n皇后问题

本文介绍了解决经典八皇后问题及扩展的2n皇后问题的算法实现,采用递归加回溯的方法来寻找所有可能的摆放方案。

八皇后问题

在8×8格的国际象棋上摆放八个皇后,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
(方法:递归+回溯)

#include <iostream>
using namespace std;
int queen[9];//表示每一行皇后的位置,如:queen[2]=4,表示第2列第4行有一个皇后
int Count = 0;//记录解的个数
int canplace(int row,int col)//判断该位置是否可以放皇后
{
    int k;
    for(k=1;k<row;k++)
    {
        if(queen[k]==col||abs(k-row)==abs(queen[k]-col))//通过斜率判断是否在对角线上
            return 0;
    }
    return 1;
}

void setqueen(int n)//放置皇后
{
    int i;
    if(n==9)//把递归结束的条件设置到搜索的最后一步,就可以借用递归的特性来回溯。因为合法的递归调用总是要回到它的上一层调用的,那么在回溯搜索中,回到上一层调用就是回到了前一个步骤
    {
        Count++;
        cout<<"第"<<Count<<"种情况"<<endl;
        for(i=1;i<9;i++)
        {
            cout<<queen[i];
        }
        cout<<endl;
    }
    else
    {
        for(i=1;i<9;i++)//循环列位置
        {
            if(canplace(n,i))
            {
                queen[n]=i;
                setqueen(n+1);
            }
        }
    }
}
int main()
{
    setqueen(1);
    return 0;
}

Output

第1种情况
15863724
第2种情况
16837425
第3种情况
17468253
······
第92种情况
84136275


2n皇后问题

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

#include <iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
int Count=0;//记录解法个数
int chess[9][9];//二维数组记录棋盘的情况,1能放,0不能放
int whitequeen[9],blackqueen[9];//存放黑、白皇后每一行的位置
int canplacewhite(int row,int col,int n)//判断是否能放白皇后
{
    int i;
    if(chess[row][col]==0)
        return 0;
    else
    {
    for(i=1;i<row;i++)
    {
        if(whitequeen[i]==col||abs(i-row)==abs(whitequeen[i]-col))
            return 0;
    }
    return 1;
    }
}
int canplaceblack(int row,int col,int n)//判断是否能放黑皇后
{
    int i;
    if(chess[row][col]==0||whitequeen[row]==col)//此处多了一个判断条件,即黑白皇后不能重叠放置
        return 0;
    else
    {
        for(i=1;i<row;i++)
        {
            if(blackqueen[i]==col||abs(i-row)==abs(blackqueen[i]-col))
                return 0;
        }
        return 1;
    }
}

void SetblackQueen(int row,int n)//放置黑皇后
{
    int k;
    if(row>n)//2n个皇后均放置完毕
    {
        Count++;
    }
    else
    {
        for(k=1;k<=n;k++)
        {
            if(canplaceblack(row,k,n))
            {
               blackqueen[row]=k;
                SetblackQueen(row+1,n);//递归
            }
        }
    }
}
void SetwhiteQueen(int row,int n)
{
    int k;
    if(row>n)//n个白皇后已放完,开始放黑皇后
    {
       SetblackQueen(1,n);
    }
    else
    {
        for(k=1;k<=n;k++)
        {
            if(canplacewhite(row,k,n))
            {
                whitequeen[row]=k;
                SetwhiteQueen(row+1,n);
            }
        }
    }
}
int main()
{
    int n,r,l;
    cin>>n;
    for(r=1;r<=n;r++)
    {
        for(l=1;l<=n;l++)
        {
            cin>>chess[r][l];
        }
    }
    SetwhiteQueen(1,n);
       cout<<Count<<endl;
    return 0;
}

解题关键:
1.用一维数组存放皇后的位置,数组中第i个元素的值代表第i行的皇后位置,回溯后可自动变换位置。若用二维数组,回溯到上一行时还需将本行皇后位置清除(即标记为1)
2.递归思想的运用。把递归结束的条件设置到搜索的最后一步,借用递归的特性来回溯。因为合法的递归调用总是要回到它的上一层调用的,那么在回溯搜索中,回到上一层调用就是回到了前一个步骤。

<think>嗯,用户问的是如何在八皇后问题中检查对角线冲突的实现方法。我需要先回忆一下八皇后问题的基本概念,然后重点分析对角线冲突的条件。八皇后问题要求在8x8的棋盘上放置皇后,使得它们不在同一行、同一列或同一对角线上。检查行和列应该比较简单,但对角线可能需要一些数学上的处理。 首先,对角线分为两种:主对角线和次对角线(或者叫正对角线和反对角线)。主对角线是从左上到右下,而次对角线是从右上到左下。对于两个皇后位置(i,j)和(k,l),如果在同一主对角线上,那么i - k应该等于j - l。或者更简单地说,i - j等于k - l。这样,如果两个点的行差等于列差,那么它们就在同一主对角线上。同样,对于次对角线,i + j应该等于k + l,即行和列的和相等。因此,检查对角线冲突的条件应该是两个皇后的行差绝对值等于列差绝对值,即abs(i - k) == abs(j - l)。这样,如果两个皇后满足这个条件,说明它们在同一条对角线上,产生冲突。 接下来,如何在实际的算法中实现这个检查呢?回溯法是常用的方法,通常在递归过程中逐行放置皇后,然后检查当前列和对角线是否已被占用。例如,在每一行尝试放置皇后到某一列,然后标记该列、主对角线和次对角线为已占用,避免后续的皇后冲突。这里的关键是找到如何用数学方法将主次对角线映射到数组的索引。 假设当前处理的是第u行的皇后,尝试放在第i列。对于主对角线,可以用u - i的值来标识,但为了防止负数索引,可以加上n-1,即u - i + (n-1)。或者,另一种方法是使用行和列的差来作为主对角线的唯一标识。而次对角线可以用u + i的值来标识。这样,可以用两个布尔数组dg和udg来分别记录主次对角线是否已被占用。例如,当放置皇后在(u, i)时,设置dg[u + i] = true和udg[u - i + n] = true(这里的+n是为了避免负索引)。 例如,在引用[5]的代码中,使用了dg和udg数组来记录对角线冲突。当检查到当前列i、主对角线u+i和次对角线n - u + i没有被占用时,才放置皇后。这里可能需要注意数组的大小,因为对于n=8的棋盘,主对角线的数量是2n-1,即15条,所以数组应该至少为2n大小。 另外,用户提供的引用[4]中的冲突检查代码,是通过双重循环遍历所有已放置的皇后,检查是否有任何两个皇后满足行差等于列差的条件。这种方法的时间复杂度较高,是O(n&sup2;),而使用数组标记的方法可以在O(1)时间内检查冲突,更适合回溯法的剪枝操作。 总结来说,检查对角线冲突有两种主要方法:一种是遍历已放置的皇后,逐一比较;另一种是利用数学规律将对角线映射到数组索引,通过数组快速判断。后者效率更高,常用于回溯法的优化中。需要根据具体实现选择合适的方法,并确保数学公式的正确性,例如行和列的和或差来标识对角线。</think>在八皇后问题中,检查对角线冲突的核心是通过数学规律判断两个皇后是否位于同一对角线上。具体实现方法如下: ### 一、对角线冲突的数学原理 若两个皇后坐标分别为 $(i,j)$ 和 $(k,l)$,则对角线冲突的判断条件为: $$|i - k| = |j - l|$$ 即**行差的绝对值等于列差的绝对值**时产生冲突[^3][^4]。 ### 二、算法实现方式 #### 1. 回溯法中的实时检查(推荐) 逐行放置皇后时,通过数组标记对角线的占用状态: ```python def is_safe(row, col, queens): for r, c in enumerate(queens): if abs(row - r) == abs(col - c): # 关键判断 return False return True def solve(n, queens=[]): if len(queens) == n: return [queens] solutions = [] for col in range(n): if is_safe(len(queens), col, queens): solutions += solve(n, queens + [col]) return solutions ``` #### 2. 预计算对角线标识(空间换时间) 使用两个数组分别标记正/反对角线: ```c++ // C++示例(引用[5]思想) bool dg[2*N], udg[2*N]; // N为棋盘尺寸 void dfs(int u) { if (u == n) { /* 记录解 */ } for (int i=0; i<n; i++) { if (!col[i] && !dg[u+i] && !udg[n-u+i]) { dg[u+i] = udg[n-u+i] = true; dfs(u+1); dg[u+i] = udg[n-u+i] = false; } } } ``` - `dg[u+i]` 标记正对角线(左上到右下) - `udg[n-u+i]` 标记反对角线(右上到左下)[^5] ### 三、时间复杂度对比 | 方法 | 时间复杂度 | 适用场景 | |--------------|------------|--------------------| | 实时遍历检查 | $O(n^2)$ | 简单实现 | | 数组标记法 | $O(1)$ | 优化回溯算法[^5] | ### 四、关键实现细节 1. 正对角线标识:$行号 + 列号$ 例如坐标$(2,3)$的正对角线编号为$2+3=5$ 2. 反对角线标识:$行号 - 列号 + n$ 例如$n=8$时,坐标$(3,1)$的反对角线编号为$3-1+8=10$[^3]
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