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排列树的回溯搜索解决n皇后问题

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发表于 2023-12-22 16:28 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个MATLAB实现的N皇后问题,这是一个经典的组合问题。其目标是在一个N×N的棋盘上放置N个皇后,使得它们之间互不攻击。提供的代码使用了递归回溯的方法来找到N皇后问题的所有解决方案。
; o7 c# q$ `3 w0 M让我们逐步解释这段代码:( @: `& w# x8 ~+ V
function [chess, main, deputy, number] = justtry(i, n, chess, main, deputy, number)$ _" a4 ?5 \+ D' A
6 \0 L3 I0 H5 s: l) s
这定义了一个名为justtry的函数,它接受六个参数:当前行数i,棋盘大小n,当前皇后的排列chess,主对角线和副对角线的状态(main和deputy),以及解的数量number。& V* m$ D) x  v0 {) R7 |, b
if i == 9
: m) }$ U6 K( n/ I+ Z    number = number + 1;
6 v9 ~- ^; N$ h0 x0 ~    chess7 L1 r3 x2 c2 X+ V, r/ s3 V* u
else
4 h. B5 D2 U2 D) I    for k = i:88 e) z- }* F5 A% c
        if main(i - chess(k) + n) == 0 && deputy(i + chess(k) - 1) == 0
- p4 U' a* f8 X  U% X' ~5 B. v6 ~) r3 K" a9 S5 V  u3 a
这检查是否已经到达第9行。如果是这样,它会递增解的数量(number)并显示当前皇后在棋盘上的排列。否则,它进入一个从当前行(i)到8的循环。5 h  ~( M# C/ @: M
嵌套的if语句检查当前棋盘位置是否有效(即没有皇后互相威胁)。如果条件满足,它将继续放置皇后。
5 Y9 V- {2 k, b6 u3 M+ L* U            t = chess(k); % 交换位置
+ ]% a- g, _* v6 m2 k) {1 w            chess(k) = chess(i);( D8 ?8 M# s* o( _3 L8 S
            chess(i) = t;0 p- u/ y9 h, H/ i: w7 o
* o8 _; @8 \" ?# ?
            main(i - chess(k) + n) = 1;
2 G! L  W1 c1 m- d* d            deputy(i + chess(k) - 1) = 1;
* z0 \/ r4 b" k& \  M( n- E) u& A
2 f8 ?. L' u  Z            [chess, main, deputy, number] = justtry(i + 1, n, chess, main, deputy, number); % 递归调用! e+ i3 y) L2 `/ x* p( K

0 X1 K, G: |0 B9 q! L: T% ]            t = chess(k); % 回溯
, F7 f8 h7 f1 d- M& B; ?8 w- ~            chess(k) = chess(i);3 F+ ?1 k8 Q/ r* r+ T
            chess(i) = t;! ]2 g% X; Y. b  L5 z9 y

7 d' P3 R* K( z$ O0 p: Z            main(i - chess(k) + n) = 0;
1 q* ]$ A1 O! r' t6 D8 \% O9 ~$ I            deputy(i + chess(k) - 1) = 0;$ V0 I0 K6 D5 j# G7 |! t

  M9 d2 [8 b1 N4 p这部分是回溯算法的核心。它交换皇后的位置,更新对角线的状态,对下一行进行递归调用,然后通过恢复原始状态进行回溯。
$ x! T, Z2 G) ?' r, Y        end. w# t1 K- N) v. L# k  `: w
    end  B2 _4 a2 }: @
end
, ]) \+ ~5 U" s5 }. R* k; [! T3 C2 {* A
这结束了循环和函数。如果i不是9,循环将继续到下一行。
) p% Q2 R9 {3 j) _2 E) sclear all
( h4 s4 X# Z( A+ @6 y4 h1 aclc
$ Z- G7 N3 f! i3 w( o% P# M5 m
3 ^& @, }' Q" t" \* N9 [& I这些命令清除工作区和命令窗口。1 t# o! |& M& P! ?2 [$ E. P& \
n = 8;
2 G8 x" {  f7 G- {# D& J* C6 n6 Jchess = zeros(1, n);
1 ?8 l, k1 V! j; [' U8 L  Jfor i = 1:n
( d+ m/ @9 A4 K9 C* b    chess(i) = i;
+ B  z/ n$ b/ aend
- p4 p9 a+ Y$ R3 B( M6 w+ A! ]/ y( U5 ?) K
这初始化了一个带有皇后的第一行的棋盘。, S+ l) M! q, {( w, }
main = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录主对角线的使用情况
! V/ m5 D4 E* \9 D) _9 [  \( hdeputy = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录副对角线的使用情况
) G2 {# r* S0 a: Mnumber = 0;
2 j4 N4 |7 _' B' D) m. K& W3 c[chess, main, deputy, number] = justtry(1, n, chess, main, deputy, number);
6 u( k. g2 Y+ D. v5 M# G" t0 A- t: W; a5 ~/ _4 a2 i+ c
这初始化了数组以跟踪主对角线和副对角线的情况,并通过调用justtry开始了递归回溯。整个过程将探索在8x8棋盘上所有可能的皇后排列,并打印每个有效排列以及解的总数。
- T1 |6 l* B3 ~$ c
7 n& J% P8 f, y/ `6 p. A2 f& ~* C
6 P7 I0 }% z( w5 h0 F9 Z
zan
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