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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。
) O( \' f8 R2 H. s8 _让我们逐步解释这段代码:
! _. T1 _% B' s% E9 Tfunction [chess, main, deputy, number] = justtry(i, n, chess, main, deputy, number)+ t, S' t1 N# A1 @* q( j
! n$ T! S# S1 b. d2 x3 Q4 G- ?' n! 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。
1 E! f) K2 F9 ~, [2 Kif i == 9
6 ?/ e& C$ @1 j- b    number = number + 1;
3 k/ i9 A) L& Z8 Z    chess
3 T1 {# L: U1 P$ m1 W% gelse* l* ^& S; P4 F, ~
    for k = i:8
7 S( z0 h; ]% `1 n1 ?! e        if main(i - chess(k) + n) == 0 && deputy(i + chess(k) - 1) == 0! [% e3 m5 a) m. e5 k& u

* P  J5 b: U$ {+ l$ X2 M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。8 |* o# a# E5 W1 I" G1 w
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。1 \: S3 u" l4 J% X9 `
            t = chess(k); % 交换位置
! B+ ]3 A% \; I, ?  T            chess(k) = chess(i);% Z* V$ }, ~  i7 ]2 R( F/ ^0 f+ r
            chess(i) = t;: K9 W" C1 e, h) y

7 t0 V0 z1 L! ]+ D& i1 Y1 l            main(i - chess(k) + n) = 1;
) `2 Q6 ~% l% D' @            deputy(i + chess(k) - 1) = 1;% j7 V/ V( J  J' n2 B
' u6 T  S* i2 ]# e/ z
            [chess, main, deputy, number] = justtry(i + 1, n, chess, main, deputy, number); % 递归调用
5 s2 ?1 f4 z2 z, ]2 E% ^( _. ?$ Q9 G& \) w# v. F* W
            t = chess(k); % 回溯
$ p/ @! g6 e- _9 t- h            chess(k) = chess(i);! ]5 i( s- s1 }9 v4 H
            chess(i) = t;
- m/ T6 k3 j  H( t' V/ _+ t0 Y
            main(i - chess(k) + n) = 0;
- U9 e: _$ i4 f; |6 J5 y) h) L            deputy(i + chess(k) - 1) = 0;1 r: v' i8 j6 s0 A

4 ]* {  D) H+ G+ _7 Z! i( f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。+ G2 F0 }3 o8 h  A: Z( l9 W: f0 j
        end0 M( E9 S. Z% O
    end- I2 v, X$ Z( W
end1 h' L& A/ k" T; k/ r

" q+ t3 m# `# K这结束了循环和函数。如果i不是9,循环将继续到下一行。8 y* O$ `. Q: D+ d/ d
clear all
8 |6 O. m, N7 t/ wclc
3 g, g+ `3 B+ Q" ?& o- I* p
; K4 @& {3 M& p+ g1 p" s9 o这些命令清除工作区和命令窗口。& T$ v+ [+ a( G7 X1 v3 d
n = 8;$ N8 I  q9 g% a5 `+ M# W
chess = zeros(1, n);- ?2 a! o3 Q6 E% M
for i = 1:n
  L( o  p6 I4 A  ~    chess(i) = i;
- i1 e5 i  B1 f) y, ?0 Jend
+ S& V, E" p# ^5 p+ d4 m" f
& o: d8 G$ k/ ]这初始化了一个带有皇后的第一行的棋盘。" z6 e5 n' q  O
main = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录主对角线的使用情况
" v  T$ j! I+ U4 y& Pdeputy = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录副对角线的使用情况# X' h4 h5 Y& S+ l" j
number = 0;
) S* A" b3 \7 O[chess, main, deputy, number] = justtry(1, n, chess, main, deputy, number);
( K; `$ e# t# z- z+ g: u; J/ P
3 L2 D" Q# Z( i! @9 o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。
6 d! m0 Y0 B: Y$ @2 k- N- E( T
) [- T' F4 ?. T. A# |4 ]7 ~' F  I2 A; |9 s5 F3 O4 A2 j
zan
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