X4-3、java数据结构---八皇后问题【2020-12-6】

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1、何为八皇后问题

1、八皇后问题,是一个古老而著名的问题,是回溯算法的典型案例。该问题是国际西洋棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出:在8×8格的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能互相攻击,
2、人话:任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,问有多少种摆法。


image.png

2、通过回溯算法解决,的思路

1、第一个皇后先放第一行第一列
2、第二个皇后放在第二行第一列、然后判断是否OK[是否冲突], 如果不OK,继续放在第二列、第三列、依次把所有列都放完,找到一个合适
3、继续第三个皇后,还是第一列、第二列……直到第8个皇后也能放在一个不冲突的位置(在这个过程中可能发生回退到步骤二),算是找到了一个正确解
4、当得到一个正确解时,在栈回退到上一个栈时,就会开始回溯,即将第一个皇后,放到第一列的所有正确解,全部得到.(这个意思是说,第一列的第一个不变,然后第二列有八种可能尝试,然后再第三列八种可能,
从上面推过去 1888888*8,得出第一列第一个不变,上面全部可能情况的解法,但是代码实现是从顶层回溯到第一层)
5、然后回头继续第一个皇后放第二列,后面继续循环执行 1,2,3,4的步骤
说明:理论上应该创建一个二维数组来表示棋盘,但是实际上可以通过算法,用一个一维数组即可解决问题. arr[8] = {0 , 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3} //对应arr 下标 表示第几行,即第几个皇后,arr[i] = val , val 表示第i+1个皇后,放在第i+1行的第val+1列

image.png

3、代码

package com.kk.datastructure.recursion;

/**
 * title: 八皇后问题--递归解决
 * @author 阿K
 * 2020年12月6日 下午2:04:51 
 */
public class Queue8 {

    // max表示共有多少个皇后
    int max = 8;
    // array, 保存每次皇后放置位置的结果,比如 arr = {0 , 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3}
    int[] array = new int[max];
    static int count = 0;
    static int bif = 0;
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Queue8 queue8 = new Queue8();
        queue8.check(0);
        System.out.printf("一共有%d解法\n", count);
        System.out.printf("一共判断冲突的次数%d次", bif); 
    }

    /**
     * 放置第n个皇后 特别注意: check 是 每一次递归时,进入到check中都有 for(int i = 0; i < max; i++),因此会有回溯
     * 
     * @param n
     */
    private void check(int n) {
        if (n == max) {// n = 8 , 其实8个皇后就既然放好,准备放第九个
            print();
            return;
        }
        // 依次放入皇后,并判断是否冲突
        for (int i = 0; i < max; i++) {
            // 先把当前这个(行)皇后 n , 放到该行的第1列,可以理解n 就是行
            array[n] = i;
            // 判断当放置第n个皇后到i列时,是否冲突
            if (judge(n))
                // 不冲突
                // 接着放n+1个皇后,即开始递归
                check(n + 1);
            // 如果冲突,就继续执行 array[n] = i; 即将第n个皇后,放置在本行得 后移的一个位置
        }
    }

    /**
     * 查看皇后是否冲突
     * 
     * @param n 第几个皇后,或者是第几行皇后。eg:array[3] = val,意思是第四行皇后的值为,val列
     * @return
     */
    private boolean judge(int n) {
        bif++;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            // 1、array[i] == array[n] 表示判断 第n个皇后是否和前面的n-1个皇后在同一列
            // 2、Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i])
            // 表示判断第n个皇后是否和第i皇后是否在同一斜线(这个公式不是固定,
            // 根据数组的规则推导--也只适应于这样设计的数组)
            // 3.不用判断是否同一行,因为在设计的时候,通过数组角标代表行,N每次都在递增(不会出现在同一行的结果)
            if (array[i] == array[n] || Math.abs(n - i) == Math.abs(array[n] - array[i])) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    // 输出皇后的摆放(用于成立的结果)
    private void print() {
        count++;
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.print(array[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

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