八皇后解题思路记载

八皇后解题思路记载


恰巧同事和咱一起讨论这个问题,下面把理解和解题的思路整理出来

题目:在8X8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同一斜线上,问有多少种摆法。

这个问题经典的写法有好多,可以参考wiki:Eightqueenspuzzle.

首先看一下如何构建这个模型和对应的算法

上面是棋盘

已经存在两个落点(0,0) , (1,2)

  • 如果我们是顺序从行来一行一行的放每一个皇后的话,那么行的顺序必然是 0,1,2,3,4,5,6,7,所以我们在结构里不进行记录行的数字,只建立一个记录列的list,如[0, 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3]

  • 第一次放入皇后不需要考虑会不会被其他皇后吃掉,因为还没有任何皇后。那么下一次放入的时候就需要知道哪些能放,哪些不能放。所以我们需要定义个函数来生成可以放入皇后的安全列表Safe( a )

  • 我们需要定义一套递归结构来根据Safe生成一个回溯结构,然后取出其中个数为8的记录,就是我们要的结果。

实现的程序如下:

Safe函数:

def Safe(a):
	tl = []
	n = len(a)
	for index,var in enumerate(a):
		tl = tl + [ var-n+index , var , var+n-index ]
	tl = distinct(  [ l for l in tl if not ( l > 7 or l <0 ) ] )


	sl = [ i for i in range(8) if i not in tl ]
	return sl

queens递归函数:

def queens(alist,n):
    for l in Safe(alist):
        tmp = alist + [l]
        queens(tmp,n-1)
if len(alist) == 8 : print  alist

取唯一性的函数:

def distinct(l):
    d = {}
    map(setitem, (d,)*len(l), l, [])
    return d.keys()

main函数:

from operator import setitem
if __name__ == "__main__":
    for y in range(8):
        alist = []
        alist.append(y)
        queens(alist,8)
### 皇后问题的解决思路算法分析 皇后问题是经典的回溯算法应用之一,其目标是在 8×8 的棋盘上放置 8 个皇后,使得任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一对角线上。以下是关于皇后问题的算法思路及解决方案的详细说明。 #### 算法思路 回溯算法是一种系统化的试探法,通过递归尝试每一种可能的解,并在发现当前路径无法继续时退回上一步重新选择。对于皇后问题,可以将棋盘的每一行视为一个决策点,依次为每一行选择一个合法的列位置来放置皇后[^1]。 - **约束条件**: - 每一行只能放置一个皇后。 - 每一列只能放置一个皇后。 - 任何两个皇后不能位于同一条主对角线或副对角线上。 - **核心思想**: 使用递归函数逐行尝试放置皇后,同时检查当前位置是否满足约束条件。如果当前位置不合法,则回退到上一行重新选择;如果所有行都成功放置了皇后,则找到了一个解。 #### 解决方案 以下是一个基于回溯算法的 C++ 实现示例: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; const int N = 8; // 棋盘大小 vector<int> queens(N, -1); // 记录每一行皇后所在的列号 vector<vector<string>> solutions; // 存储所有解 // 检查当前行和列是否可以放置皇后 bool isSafe(int row, int col) { for (int i = 0; i < row; ++i) { if (queens[i] == col || abs(row - i) == abs(col - queens[i])) { return false; } } return true; } // 递归回溯函数 void solveNQueens(int row) { if (row == N) { // 如果所有行都放置完毕 vector<string> board(N, string(N, '.')); for (int i = 0; i < N; ++i) { board[i][queens[i]] = 'Q'; // 将皇后放置的位置标记为 'Q' } solutions.push_back(board); // 保存当前解 return; } for (int col = 0; col < N; ++col) { if (isSafe(row, col)) { // 如果当前位置安全 queens[row] = col; // 放置皇后 solveNQueens(row + 1); // 递归处理下一行 queens[row] = -1; // 回溯,撤销当前行的皇后 } } } // 主函数 int main() { solveNQueens(0); // 从第 0 行开始尝试 cout << "Total solutions: " << solutions.size() << endl; // 输出所有解 for (const auto& solution : solutions) { for (const auto& row : solution) { cout << row << endl; } cout << endl; } return 0; } ``` #### 代码解析 1. **`isSafe` 函数**:用于判断在给定的行和列位置放置皇后是否安全。它检查当前列以及两条对角线是否有其他皇后存在。 2. **`solveNQueens` 函数**:递归地尝试在每一行放置皇后。如果某一行的所有列都无法放置皇后,则回溯到上一行重新选择。 3. **`main` 函数**:调用 `solveNQueens` 函数开始求解,并输出所有可能的解。 #### 性能分析 回溯算法的时间复杂度通常较高,因为需要尝试所有可能的排列组合。对于皇后问题,最坏情况下时间复杂度为 O(N!),但由于剪枝操作(即提前排除不合法的分支),实际运行效率会显著提高[^2]。 ---
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