一道算法题-八皇后问题(C++实现)
八皇后问题
一、题意解析
国际象棋中的皇后,可以横向、纵向、斜向移动。如何在一个8X8的棋盘上放置8个皇后,使得任意两个皇后都不在同一条横线、竖线、斜线方向上?八皇后问题是一个古老的问题,于1848年由一位国际象棋棋手提出:在8×8格的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能互相攻击,即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,如何求解?以高斯为代表的许多数学家先后研究过这个问题。后来,当计算机问世,通过计算机程序的运算可以轻松解出这个问题。
二、如何解决八皇后问题?
所谓递归回溯,本质上是一种枚举法。这种方法从棋盘的第一行开始尝试摆放第一个皇后,摆放成功后,递归一层,再遵循规则在棋盘第二行来摆放第二个皇后。如果当前位置无法摆放,则向右移动一格再次尝试,如果摆放成功,则继续递归一层,摆放第三个皇后......
如果某一层看遍了所有格子,都无法成功摆放,则回溯到上一个皇后,让上一个皇后右移一格,再进行递归。如果八个皇后都摆放完毕且符合规则,那么就得到了其中一种正确的解法。说起来有些抽象,我们来看一看递归回溯的详细过程。
1.第一层递归,尝试在第一行摆放第一个皇后:
2.第二层递归,尝试在第二行摆放第二个皇后(前两格被第一个皇后封锁,只能落在第三格):
3.第三层递归,尝试在第三行摆放第三个皇后(前四格被第一第二个皇后封锁,只能落在第五格):
4.第四层递归,尝试在第四行摆放第四个皇后(第一格被第二个皇后封锁,只能落在第二格):
5.第五层递归,尝试在第五行摆放第五个皇后(前三格被前面的皇后封锁,只能落在第四格):
6.由于所有格子都“绿了”,第六行已经没办法摆放皇后,于是进行回溯,重新摆放第五个皇后到第八格。:
7.第六行仍然没有办法摆放皇后,第五行也已经尝试遍了,于是回溯到第四行,重新摆放第四个皇后到第七格。:
8.继续摆放第五个皇后,以此类推......
三、八皇后问题的代码实现
解决八皇后问题,可以分为两个层面:
1.找出第一种正确摆放方式,也就是深度优先遍历。
2.找出全部的正确摆放方式,也就是广度优先遍历。
我们本篇只介绍如何找出第一种正确摆放方式。具体代码如下:
//"八皇后问题回溯实现"
#include <iostream>
using namespace std;
const int ArSize = ;//这个数等于几,就是几皇后。
int num = ;
void solve(bool arr[ArSize][ArSize], int row);
bool check(bool arr[ArSize][ArSize], int row, int column);
void outPut(bool arr[ArSize][ArSize]); int main()
{
bool chessboard[ArSize][ArSize];
// 数组初始化
for (auto &i : chessboard)
{
for (auto &j : i)
{
j = false;
}
}
solve(chessboard, );
cout << "八皇后问题共有" << num << "种解!" << endl;
system("pause");
return ;
}
// 回溯法
void solve(bool arr[ArSize][ArSize], int row)
{
for (int column = ; column < ArSize; ++column)
{
arr[row][column] = true;
if (check(arr, row, column))
{
if (row + == ArSize)
{
outPut(arr);
}
else
{
solve(arr, row + );
}
}
arr[row][column] = false;
}
}
// 判断皇后的落点是否合规
bool check(bool arr[ArSize][ArSize], int row, int column)
{
if (row == )
{
return true;
}
int i, j;
// 判断纵向是否有冲突
for (i = ; i < row; ++i)
{
if (arr[i][column])
{
return false;
}
}
i = row - ;
j = column - ;
// 判断正斜对角线是否有冲突
while (i >= && j >= )
{
if (arr[i][j])
{
return false;
}
--i;
--j;
}
i = row - ;
j = column + ;
// 判断负斜对角线是否有冲突
while (i >= && j <= ArSize - )
{
if (arr[i][j])
{
return false;
}
--i;
++j;
}
return true;
}
// 打印每种正确的解法
void outPut(bool arr[ArSize][ArSize])
{
++num;
cout << "**********************" << num << "*********************" << endl;
for (int i = ; i < ArSize; ++i)
{
for (int j = ; j < ArSize; ++j)
{
cout << arr[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}
cout << "*********************************************" << endl;
}
输出结果的部分截图如下:
参考资料:
http://www.cnblogs.com/yonggandefeng/p/6275861.html
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