第一次实验—NPC问题(回溯算法、聚类分析)

本文介绍了一个经典的计算机科学问题——八皇后问题及其通用形式N皇后问题的解决方案。通过使用回溯算法,文章详细解释了如何避免皇后之间的冲突,并提供了一段Java代码实现。

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1) 八皇后及N皇后问题

    八皇后问题,是一个古老而著名的问题,是回溯算法的典型案例。该问题是国际西洋棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出: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、同一列或同一斜线上,问有多少种摆法。 高斯认为有76种方案。1854年在柏林的象棋杂志上不同的作者发表了40种不同的解,后来有人用图论的方法解出92种结果。计算机发明后,有多种方法可以解决此问题。

    请编程实现八皇后问题,并把92种解的前三种解输出到屏幕(8*8的二维矩阵,Q代表皇后,X代表空)。并把此问题的求解过程延伸到N皇后问题。


思路:采用回溯思想,遍历所有行,从矩阵的第一行第一列开始查找可以放置皇后的安全位置,若找到安全位置则往下一行查找安全位置,直至遍历结束。若当前行的所有列均不安全,则回溯到上一行,从上一行的下一列再继续查找。。。

输出的解以8皇后问题为例,N皇后问题只需修改皇后的数量。用java实现,代码如下:

  1. public class Queens {  
  2.     int num ; // 皇后数量  
  3.     int [] queenArray ; // 存储可行方案的皇后们的位置  
  4.     int count = 0// 解决方案的数量  
  5.       
  6.     /** 
  7.      * 初始化 
  8.      * @param num 皇后的数量 
  9.      */  
  10.     public Queens(int num){  
  11.         this.num = num;          
  12.         queenArray = new int[num];  
  13.     }  
  14.       
  15.     /** 
  16.      * 判断当前行放置了皇后是否会与前面几行放置的皇后们发生冲突 
  17.      * @param row 
  18.      * @return 
  19.      */  
  20.     public boolean isSafe(int row){  
  21.         for(int r=0; r<row; r++){    
  22.             // 发生冲突的条件:皇后们在同一行(此处不用判断是否同一行)、同一列、  
  23.             if(queenArray[row] == queenArray[r] ||   
  24.                     // 同一对角线(斜率=(y2-y1)/(x2-x1)= +1或-1 )  
  25.                     Math.abs(queenArray[row]-queenArray[r]) == Math.abs(row-r))  
  26.                 return false;  
  27.         }  
  28.           
  29.         return true;          
  30.     }  
  31.       
  32.     /** 
  33.      * 回溯查找解决n皇后问题的方案 
  34.      * @param row 第几行 
  35.      */  
  36.     public void backTrack(int row){  
  37.         // 找到一个放置所有皇后而不发生冲突的方案,打印出来  
  38.         if(row == num){  
  39.             count++;  
  40.             print();  
  41.             return;  
  42.         }  
  43.             
  44.          // 未遍历到最后一行,查找当前行的某个适合放置皇后的列  
  45.         for(int col = 0; col < num; col++)  
  46.         {         
  47.             queenArray[row] = col;    
  48.             //当前行的某个列适合放置皇后,往下一行查找  
  49.             if(isSafe(row))  
  50.                 backTrack(row+1);    
  51.         }  
  52.     }      
  53.   
  54.     public void print(){  
  55.         System.out.println("方案 "+count+":");  
  56.         for(int i=0; i<num; i++){  
  57.             for(int j=0; j<num; j++){  
  58.                 if(j == queenArray[i])  
  59.                     System.out.print("Q ");  
  60.                 else  
  61.                     System.out.print("X ");  
  62.             }  
  63.             System.out.println();  
  64.         }  
  65.         System.out.println("\n");  
  66.     }  
  67.       
  68.       
  69.     public static void main(String[] args) {  
  70.         Queens queens = new Queens(8);          
  71.         queens.backTrack(0);  
  72.     }  
  73.   


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