蓝桥杯-N皇后问题(DFS经典题目详解)

本文介绍了N皇后问题的解法,利用回溯算法寻找合法的皇后放置方案,避免在同一行、列或对角线上冲突。通过递归和check函数检查约束条件,计算并输出所有合法放置方式的数量。

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一、题目回顾

在 N×N 的方格棋盘放置了 N 个皇后,使得它们不相互攻击(即任意 2 个皇后不允许处在同一排,同一列,也不允许处在与棋盘边框成 45 角的斜线上。你的任务是,对于给定的 N,求出有多少种合法的放置方法。
输入描述
输入中有一个正整数 N≤10,表示棋盘和皇后的数量
输出描述
为一个正整数,表示对应输入行的皇后的不同放置数量。
输入:
5
 输出:
10
运行限制
最大运行时间:1s
最大运行内存: 128M

下图有个简单的分析过程(图片来自网络)

二、题目分析

  • 输入: 整数n,表示N皇后问题中的N。
  • 输出: 所有合法的放置方式的数量。
  • 限制条件: 皇后不得在同一行、同一列或同一对角线上。
  • 回溯算法: 使用回溯算法递归地尝试将皇后放置在每一行的不同列上,然后检查是否满足限制条件。如果满足,则继续递归放置下一个皇后,直到所有皇后都放置完毕,然后增加解的计数器。
  • 检查限制条件: 在每次放置皇后时,需要检查当前位置是否满足限制条件,即不
n皇后问题经典的回溯算法问题之一,目标是在 n×n 的国际象棋棋盘上放置 n 个皇后,使得它们互相之间不能攻击对方。由于皇后的行走规则是可以在横、竖以及斜线上无限移动并吃掉其路径上的棋子,因此我们需要找到一种方案让所有的皇后都不能处于同一条横线、纵线或对角线上。 深度优先搜索(DFS)是一种用于遍历图的数据结构的算法,在解决 n 后面的问题时可以看作是对所有可能性的一种穷举尝试过程,并通过递归来完成这一任务。下面简述一下利用 DFS 来解决问题的基本思想: 1. **初始化**:从第0行开始摆放第一个皇后; 2. **选择合法位置**:对于每一列判断当前位置是否可行(即不会受到之前已放下的皇后的威胁),如果该位置安全,则将此皇后放入对应的位置; 3. **继续放下一个皇后**:当成功地把当前行的一个皇后安置好之后,我们就可以考虑下一行的情况了; 4. **递归调用自身**:重复上述步骤直到最后一行的所有皇后都被妥善安排; 5. **回退操作(Backtracking)**: 如果某一步无法再向前推进(例如到达最后一行也无法满足条件),那么就应回到上一层的状态,改变前一次的选择然后再次尝试其他的可能性; 6. **记录结果集** :每当顺利完成整个棋盘上的布局后保存这份解决方案作为最终的结果; 下面是基于 Python 编写的简单示例代码片段实现了这个思路: ```python def solve_n_queens(n): def dfs(queens, xy_diff, xy_sum): # queens存储已经摆好的皇后所在的列编号,xy_diff存放主对角线信息,xy_sum存副对角线的信息 p = len(queens) if p == n: result.append(queens[:])# 找到了一组解 return None for q in range(n): if q not in queens and p-q not in xy_diff and p+q not in xy_sum:# 检查当前坐标(p,q)能否放置新的皇后 dfs(queens + [q], xy_diff + [p - q], xy_sum + [p + q]) result = [] dfs([], [], []) return [['.'*i+'Q'+'.'*(n-i-1)for i in sol]for sol in result] print(solve_n_queens(4)) ``` 这段程序会返回所有有效的棋局配置列表,其中每个元素代表了一个完整的解向量。这里需要注意的是在实际应用过程中可以根据需要调整输出格式以便于理解和观察。
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