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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。0 H8 p8 E$ b9 I4 [) J* k0 f
让我们逐步解释这段代码:
, V: Q6 F6 P! cfunction [chess, main, deputy, number] = justtry(i, n, chess, main, deputy, number)( K* q5 T7 |1 z" \$ B
( }3 |  a" o3 s# ~. c6 g
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。5 T0 E' T, S) J, i
if i == 9# l9 n& q' h6 m( A
    number = number + 1;
) t1 f# g- G& x- I7 b    chess' T- b# v% r# Z4 d+ s
else0 |0 Z, ^/ {5 K, j
    for k = i:8) D+ F) E' N5 t( M9 J
        if main(i - chess(k) + n) == 0 && deputy(i + chess(k) - 1) == 0+ g9 p& ~( o$ C0 C$ q# o
0 e7 K: C' l' i$ v0 u1 U: Z- d- t
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。
. t6 @6 H! w* `% a8 s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 B7 u1 ~4 w% G# d            t = chess(k); % 交换位置
' p  _" q6 ^: Y$ L            chess(k) = chess(i);. \, `0 S# H2 e. B/ T* }
            chess(i) = t;6 q: Y7 j: _9 @' R, s

/ P% h5 S3 M) a            main(i - chess(k) + n) = 1;- }) D% ^5 q7 U9 A6 r1 g
            deputy(i + chess(k) - 1) = 1;, S7 o; b2 o; X

' `8 z: e) p( F) X4 x" q            [chess, main, deputy, number] = justtry(i + 1, n, chess, main, deputy, number); % 递归调用' P, z: f* a0 J2 u% s5 d* b
" F( r) r* J6 g
            t = chess(k); % 回溯
. c& D# [# S1 u            chess(k) = chess(i);
- f2 d- j  S$ b% H' N" _            chess(i) = t;
; H  `3 V& W  f$ W! m
7 R1 D7 K2 V# o+ r( _& W            main(i - chess(k) + n) = 0;( I* a& t- N9 G5 D
            deputy(i + chess(k) - 1) = 0;
$ ~) w% l4 r% i3 N- f7 {+ s) f0 _& D! S' g1 E
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。4 Y; p6 D, n0 q2 J" o6 f6 A! V
        end4 K3 `" I" G* c5 G6 y. d" n, @' M
    end1 O0 _' ]% L9 S/ P) q
end
" a) \6 b  r- O/ O$ D& C) s) i: b3 M; n
这结束了循环和函数。如果i不是9,循环将继续到下一行。: u! S" C  o  E8 t7 C& N9 v
clear all/ b  d- D5 _2 H
clc* _" F7 V9 q0 a0 m/ p5 L6 x) R
8 u0 {" t7 l. L2 [  d
这些命令清除工作区和命令窗口。: C; q1 I* n- S2 P
n = 8;
. o2 w7 O0 a3 f! E4 u& @; n* Zchess = zeros(1, n);: U) G7 U$ O" N/ F! {: O! O) g& r/ U
for i = 1:n) R- p) `% Z, {$ J$ A) ?5 b
    chess(i) = i;
) Z1 \+ ?0 y' s8 O4 w+ Y' L* {; Gend
9 i+ P' g& P! M0 m0 ~! P: r( \2 E! o( ^" j' O# l
这初始化了一个带有皇后的第一行的棋盘。
! P% }  N0 ]0 l$ S  F- \main = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录主对角线的使用情况
( X+ z- E' s; s" S, ^1 kdeputy = zeros(1, 2 * n - 1); % 记录副对角线的使用情况
& D* K1 v9 K! t! R$ Snumber = 0;
+ B) N9 _( d, a" w  k+ V/ t0 q[chess, main, deputy, number] = justtry(1, n, chess, main, deputy, number);
$ _9 s' A7 f1 C3 f3 ~! t5 T' v# L6 n( Q" d8 O$ G4 P* K
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。
3 D4 E) g6 q0 t  D6 b! B$ S
5 r2 n6 t" p$ f# i  x) D
. F1 ]' k5 ?5 y
zan
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