排列搜索问题

本文介绍了DFS算法在解决排列组合、N皇后等经典问题中的应用。包括无重复元素的排列组合、有重复元素的排列组合及N皇后问题的具体实现。

采用DFS,顺序有关。

(一)Permutations

https://leetcode.com/problems/permutations/description/

题目:给定一个无重复元素的数组,要求返回所有的排列组合;

解答:与其他dfs类似,此外使用了hashset以避免组合元素的重复;

第一次犯错:直接使用将hashset转化为arraylist的方式添加到结果。不可以这样操作,因为hashset的输出不是按照元素添加顺序!

代码:

class Solution {
    public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        if (nums == null || nums.length == 0) {
            return res;
        }
        List<Integer> singleList = new ArrayList<>();
        Set<Integer> set = new HashSet<>();
        dfsMethod(res, nums, set, singleList);
        return res;
    }
    
    private void dfsMethod(List<List<Integer>> list, int[] nums, Set<Integer> set, List<Integer> singleList) {
        if (set.size() == nums.length) {
            list.add(new ArrayList<Integer>(singleList));
        }
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            if (set.contains(nums[i])) {
                continue;
            }
            set.add(nums[i]);
            singleList.add(nums[i]);
            dfsMethod(list, nums, set, singleList);
            singleList.remove(singleList.size() - 1);
            set.remove(nums[i]);
        }
    }
}


(二)Permutations II

https://leetcode.com/problems/permutations-ii/description/

题目:给定一个有重复元素的数组,要求返回所有的排列组合;

解答:不使用set,用一个visited[]数组来存储访问过的元素位置:1表示该位置元素已经访问完毕,0表示尚未访问该位置元素;

第一次犯错:数组初始化值不能一步到位,需要先建立一个长度固定的空数组,再写一个循环,依次给数组元素赋值;

代码:

class Solution {
    public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
         List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        if (nums == null || nums.length == 0) {
            return res;
        }
        List<Integer> singleList = new ArrayList<>();
        int visited[] = new int[nums.length];
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            visited[i] = 0;
        }
        Arrays.sort(nums);


        dfsMethod(res, nums, visited, singleList);
        return res;
    }
    
    private void dfsMethod(List<List<Integer>> list, int[] nums, int[] visited, List<Integer> singleList) {
        if (singleList.size() == nums.length) {
            list.add(new ArrayList<Integer>(singleList));
        }
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            if (visited[i] == 1 || (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1] && visited[i - 1] == 1)) {
                continue;
            }
            singleList.add(nums[i]);
            visited[i] = 1;
            dfsMethod(list, nums, visited, singleList);
            singleList.remove(singleList.size() - 1);
            visited[i] = 0;
        }
    }
}

(三)N-Queens

https://leetcode.com/problems/n-queens/description/

题目:在n*n的棋盘上放n个皇后,要求返回所有皇后不冲突的组合。(若两个皇后处在同一行或者同一列或者对角线上,则冲突);

解答:将整个棋盘坐标化,从第一行开始(y = 0),依次遍历0 ~ n列(x),判断是否与之前存储的Queen冲突,若不冲突则更新usedCols并将其放入栈中。

           技巧:1.将Queen所在列存储在列表中,列表的index代表纵坐标,index所在位置存储的值为横坐标;

                     2.可以先不将棋盘用string表示出来,当Queen所在列存储完全后再统一画(参见drawBoard函数)。

代码:

class Solution {
    
    public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
        List<List<String>> res = new ArrayList<>();
        
        if (n <= 0) {
            return res;
        }
        
        List<Integer> usedCols = new ArrayList<>();
        
        dfsMethod(res, n, usedCols);
        return res;
    }
    
    private void dfsMethod(List<List<String>> list, int n, List<Integer> usedCols) {
        if (usedCols.size() == n) {
            list.add(drawBoard(usedCols));
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (!isValid(n, usedCols, i, usedCols.size())) {
                continue;
            } else {
                usedCols.add(i);
                dfsMethod(list, n, usedCols);
                usedCols.remove(usedCols.size() - 1);
            }
        }
    }
    
    private List<String> drawBoard(List<Integer> usedCols) {
        List<String> res = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < usedCols.size(); i++) {
            String s = "";
            for (int j = 0; j < usedCols.size(); j++) {
                if (usedCols.get(i) == j) {
                    s += "Q";
                } else {
                    s += ".";
                }
            }
            res.add(s);
        }
        return res;
    }
    
    private Boolean isValid(int n, List<Integer> usedCols, int x, int y) {
        for (int i = 0; i < usedCols.size(); i++) {
            //check columns
            if (usedCols.get(i) == x) {
                return false;
            }
            //check diagnols
            if (x -usedCols.get(i) == y - i) {
                return false;
            }
            if (usedCols.get(i) - x == y - i) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}

【事件触发一致性】研究多智能体网络如何通过分布事件驱动控制实现有限时间内的共识(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕多智能体网络中的事件触发一致性问题,研究如何通过分布事件驱动控制实现有限时间内的共识,并提供了相应的Matlab代码实现方案。文中探讨了事件触发机制在降低通信负担、提升系统效率方面的优势,重点分析了多智能体系统在有限时间收敛的一致性控制策略,涉及系统模型构建、触发条件设计、稳定性与收敛性分析等核心技术环节。此外,文档还展示了该技术在航空航天、电力系统、机器人协同、无人机编队等多个前沿领域的潜在应用,体现了其跨学科的研究价值和工程实用性。; 适合人群:具备一定控制理论基础和Matlab编程能力的研究生、科研人员及从事自动化、智能系统、多智能体协同控制等相关领域的工程技术人员。; 使用场景及目标:①用于理解和实现多智能体系统在有限时间内达成一致的分布控制方法;②为事件触发控制、分布优化、协同控制等课题提供算法设计与仿真验证的技术参考;③支撑科研项目开发、学术论文复现及工程原型系统搭建; 阅读建议:建议结合文中提供的Matlab代码进行实践操作,重点关注事件触发条件的设计逻辑与系统收敛性证明之间的关系,同时可延伸至其他应用场景进行二次开发与性能优化。
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