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回溯算法

回溯法也称试探法,它的基本思想是:从问题的某一种状态(初始状态)出发,搜索从这种状态出发所能达到的所有“状态”,当一条路走到“尽头”的时候(不能再前进),再后退一步或若干步,从另一种可能“状态”出发,继续搜索,直到所有的“路径”(状态)都试探过。这种不断“前进”、不断“回溯”寻找解的方法,就称作“回溯法”。

用回溯算法解决问题的一般步骤为:

1、定义一个解空间,它包含问题的解。

2、利用适于搜索的方法组织解空间。

3、利用深度优先法搜索解空间。

4、利用限界函数避免移动到不可能产生解的子空间。

问题的解空间通常是在搜索问题的解的过程中动态产生的,这是回溯算法的一个重要特性。

通常情况下,回溯法是通过递归来实现的,所以需要考虑递归的终止条件。同时当我们一条路走到“尽头”的时候,要后退到上一步,同时要消除当前这一步所产生的影响(一般是某些状态值,这是回溯的重点)。

回溯本质上是一种穷举法,在最坏的情况下,回溯法会导致一次复杂度为指数时间的计算。只不过通常的题目中会有某些条件(比如最大、最小值的限制)可以供我们利用, 来进行剪枝,不去走那些肯定跟最终解没有关系的路径,从而提高效率。
 
光说不练假把式,下面来看一下,回溯法最经典的问题。

问题描述:

八皇后问题是一个以国际象棋为背景的问题:如何能够在 8×8 的国际象棋棋盘上放置八个皇后,使得任何一个皇后都无法直接吃掉其他的皇后?为了达到此目的,任两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。

回溯法求解八皇后问题 - 流浪者 -

问题历史:
八皇后问题最早是由国际象棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出。之后陆续有数学家对其进行研究,其中包括高斯和康托,并且将其推广为更一般的n皇后摆放问题。八皇后问题的第一个解是在1850年由弗朗兹·诺克给出的。诺克也是首先将问题推广到更一般的n皇后摆放问题的人之一。1874年,S.冈德尔提出了一个通过行列式来求解的方法,这个方法后来又被J.W.L.格莱舍加以改进。
 
解法思路:
(1)先从首位开始检查,如果不能放置,接着检查该行第二个位置,依次检查下去,直到在该行找到一个可以放置一个皇后的地方,然后保存当前状态,转到下一行重复上述方法的检索。
(2)如果检查了该行所有的位置均不能放置一个皇后,说明上一行皇后放置的位置无法让所有的皇后找到自己合适的位置,因此就要回溯到上一行,重新检查该皇后位置后面的位置。
 
代码实现: