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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。# E0 ~3 o: a+ A5 D2 q
让我们逐步解释这段代码:2 H; {/ q4 W  R5 m) Q  e/ y
function [chess, main, deputy, number] = justtry(i, n, chess, main, deputy, number)
1 x9 J) W6 Z5 n/ p1 M) c
; n4 p% }7 x. k' a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。8 d' l  @' `8 F+ d& b
if i == 9
. B2 ?3 x" h4 o7 f    number = number + 1;
- e# q0 r4 D) e    chess8 W$ ?# Y7 ~% u0 p# P$ |9 R' ?6 O
else% W& W0 k  u( i% u: h' ~
    for k = i:8
% j9 i- t2 [: B! G4 }0 N        if main(i - chess(k) + n) == 0 && deputy(i + chess(k) - 1) == 0
  Q8 Q. @# v/ j! Z# U3 V5 g! d( @3 Q! ?+ k* g+ {
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。
; |- \4 d- W# l0 k* g' C1 t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。6 H, D/ x0 x7 z* N( `
            t = chess(k); % 交换位置. ^. b  W. I" Y1 G# H  [5 m9 Q
            chess(k) = chess(i);5 P& e" N( x0 f! n9 G4 f
            chess(i) = t;, Z. O0 C) I$ y
; X3 w6 M) i  I+ L8 U
            main(i - chess(k) + n) = 1;, K1 U4 y) \, z9 n% _0 j; U
            deputy(i + chess(k) - 1) = 1;
# W; f1 d3 I$ C: s6 i8 _8 q
( ~& T2 R, Z0 Y3 t6 ?  R            [chess, main, deputy, number] = justtry(i + 1, n, chess, main, deputy, number); % 递归调用
6 G( P! L% z8 r6 q9 M" r0 b5 H3 A9 v9 T  a* H, i4 b
            t = chess(k); % 回溯1 w' K: G/ Z& {; z$ Z+ ~( t
            chess(k) = chess(i);9 f3 k, d& y# j  S; d0 Y
            chess(i) = t;
8 L3 e+ M2 t" x4 e2 t4 m' r6 \. f4 m+ p* s6 p5 M2 A9 @. ?
            main(i - chess(k) + n) = 0;
) c5 D' w" B0 P! b' [) Z- E            deputy(i + chess(k) - 1) = 0;
( Y6 C4 g6 \1 Z% t: h/ K9 P( E; D" `4 b- ^& H: [+ K+ c7 N! ~
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。. c0 _+ L: K1 z. ]
        end
+ v. E. F+ D  b/ O    end1 }% [9 s" ~+ n1 `" t; b8 e
end8 \' |% z9 O& F. L1 F0 E0 P

, Y# G7 k, R) @! B这结束了循环和函数。如果i不是9,循环将继续到下一行。- }0 N7 x; a/ Z# @1 l% z. B' \
clear all( K  X0 s/ e, |
clc* p" K( T- t/ Z9 p6 p
. w- f) r3 h1 w3 A( Z7 v
这些命令清除工作区和命令窗口。
5 ?- G: T- r4 l& Ln = 8;  T7 z. E4 N" m; A
chess = zeros(1, n);
6 v: p* ^  f1 j$ M, c2 o* k  y# U2 gfor i = 1:n
- A1 M' j) e! m( K4 R: r    chess(i) = i;* M; E1 ?' Y, C9 C+ h
end7 W( `. e0 i# W' U) K
0 T+ b9 V( o' N" F" {+ O* a
这初始化了一个带有皇后的第一行的棋盘。
- T" N. \  C- y5 A3 h& v4 v% Nmain = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录主对角线的使用情况
3 N6 T  }# O( kdeputy = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录副对角线的使用情况( O4 d% b, Q, }# I' g
number = 0;, F  }1 {. G. S' U0 I# _2 Z% R
[chess, main, deputy, number] = justtry(1, n, chess, main, deputy, number);" [- ?/ b5 U2 C  Y# W

6 I) t7 r. u" e- ]' |+ e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。" ~9 y' ~& p' P6 S, _. t( j; s

6 q. C5 z6 `# I2 _* Y4 B
6 r% f% Z  V* V9 a" |5 V4 Q
zan
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