回溯算法實際上一個類似枚舉的搜索嘗試過程,主要是在搜索嘗試過程中尋找問題的解,當發(fā)現(xiàn)已不滿足求解條件時,就“回溯”返回,嘗試別的路徑?;厮莘ㄊ且环N選優(yōu)搜索法,按選優(yōu)條件向前搜索,以達到目標。但當探索到某一步時,發(fā)現(xiàn)原先選擇并不優(yōu)或達不到目標,就退回一步重新選擇,這種走不通就退回再走的技術為回溯法,而滿足回溯條件的某個狀態(tài)的點稱為“回溯點”。
回溯算法的基本思想是:從一條路往前走,能進則進,不能進則退回來,換一條路再試。
八皇后問題,是一個古老而著名的問題,是回溯算法的典型案例。該問題是國際西洋棋棋手馬克斯·貝瑟爾于1848年提出:在8×8格的國際象棋上擺放八個皇后,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇后都不能處于同一行、同一列或同一斜線上,問有多少種擺法。
這邊先以4皇后來解釋解決步驟:
詳細說明
在第一行有四種可能,選擇第一個位置放上皇后
![](/d/20211017/48e519d3675fe5fbf3d166d3c874ff30.gif)
第二行原本可以有四種可能擺放,但是第一第二個已經(jīng)和第一行的皇后沖突了,因此只剩下第三第四個格子了,先選擇第三個格子
![](/d/20211017/ce1a0c892758711ad1e004c1e2b3ab16.gif)
接下來是第三行,根據(jù)規(guī)則可以看出,第三行已經(jīng)沒有位置放了,因為都跟第一第二行的皇后沖突,此時返回到第二行第四個
![](/d/20211017/00fd29e7bb681192af8665d5ee19ff21.gif)
繼續(xù)來到第三行,發(fā)現(xiàn)只有第二個滿足條件
![](/d/20211017/55424fee337f26f7524a75e7b90f9dd3.gif)
然后發(fā)現(xiàn)第四行已經(jīng)不能放了,只能繼續(xù)返回,返回到第一行,開始下一種可能
![](/d/20211017/3ddb97e2723cb3f2b7158b6f082c7e91.gif)
按照 1-5 的步驟,可以找到下面的其中一種解法
![](/d/20211017/e2c25717089a8530dce7ea14a6b22214.gif)
總而言之,回溯法就是開始一路到底,碰到南墻了就返回走另外一條路,有點像窮舉法那樣走遍所有的路。
PHP代碼實現(xiàn):
?php
class Backtracking {
protected $chessboard; // 棋盤 二維數(shù)組 表示坐標軸
protected $N; // N表示幾皇后
protected $has_set_x; // 已經(jīng)設置的x坐標數(shù)組 已經(jīng)設置的x坐標就不能重復了,用于檢查坐標是否可用
protected $has_set_y; // 已經(jīng)設置的y坐標數(shù)組 已經(jīng)設置的y坐標就不能重復了,用于檢查坐標是否可用
protected $has_set_site; // 已經(jīng)設置的點
function __construct($N) {
// 初始化數(shù)據(jù)
$this->N = $N;
$this->chessboard = array();
for ($i=0; $i $N; $i++) {
for ($j=0; $j $N; $j++) {
$this->chessboard[$i][$j] = 0;
}
}
$this->has_set_x = array();
$this->has_set_y = array();
$this->has_set_site = array();
}
// 獲取排列
public function getPermutation($is_get_on = true) { // is_get_on 是否獲取一種排列 true:是 false:獲取所有排列
$current_n = 0; // 當前設置第幾個皇后
$start_x = 0; // 當前的x坐標 從x開始放置嘗試
$permutation_array = array(); // 全部皇后放置成功的排列數(shù)組
while ($current_n $this->N $current_n >= 0) {
$site_result = $this->setQueenSite($current_n, $start_x); // 設置皇后位置
if($site_result == true $current_n + 1 >= $this->N) { // 如果最后的皇后位置放置成功則記錄信息
$permutation_array[] = array_merge($this->has_set_site, array(array('x' => $site_result['x'], 'y' => $site_result['y'])));
if($is_get_on == false) { // 如果是獲取所有排列,則設置當前放置失敗,讓程序回溯繼續(xù)找到其他排列
$site_result = false;
}
}
if($site_result == true) {
$this->chessboard[$site_result['x']][$site_result['y']] = 1;
$this->has_set_x[] = $site_result['x'];
$this->has_set_y[] = $site_result['y'];
$this->has_set_site[] = array('x' => $site_result['x'], 'y' => $site_result['y']);
$current_n++; // 皇后位置放置成功,繼續(xù)設置下一個皇后,重置下一個皇后的x坐標從0開始
$start_x = 0;
}else {
// 當前皇后找不到放置的位置,則需要回溯到上一步
$previous_site = array_pop($this->has_set_site); // 找到上一步皇后的位置
if(!empty($previous_site)) {
$start_x = $previous_site['x'] + 1; // 讓上一步的皇后的x坐標+1繼續(xù)嘗試放置
$this->deleteArrayValue($this->has_set_x, $previous_site['x']);
$this->deleteArrayValue($this->has_set_y, $previous_site['y']);
$this->chessboard[$previous_site['x']][$previous_site['y']] = 0;
}
$current_n--; // 回溯到上一步,即讓一個皇后x坐標+1繼續(xù)嘗試放置
}
}
return $permutation_array;
}
// 設置皇后位置
public function setQueenSite($n, $start_x) {
$start_y = $n;
if($start_x >= $this->N) return false;
$check_result = $this->checkQueenSite($start_x, $start_y); // 檢查當前是否可放置
if($check_result == true) {
return array('x' => $start_x, 'y' => $start_y);
}else { // 不可放置,則x坐標+1,繼續(xù)嘗試
$start_x++;
return $this->setQueenSite($n, $start_x);
}
}
// 檢查皇后位置是否正確
public function checkQueenSite($x, $y) {
// 判斷當前坐標的橫、縱、斜線是否存在已經(jīng)放置的皇后
if(in_array($x, $this->has_set_x)) return false;
if(in_array($y, $this->has_set_y)) return false;
$operate_array = array(
array('operate_x' => '+', 'operate_y' => '+'),
array('operate_x' => '-', 'operate_y' => '-'),
array('operate_x' => '+', 'operate_y' => '-'),
array('operate_x' => '-', 'operate_y' => '+')
);
foreach ($operate_array as $key => $value) {
$diagonal_x = $x;
$diagonal_y = $y;
while (true) {
eval("\$diagonal_x=$diagonal_x {$value['operate_x']} 1;");
eval("\$diagonal_y=$diagonal_y {$value['operate_y']} 1;");
if($diagonal_x >= $this->N || $diagonal_y >= $this->N || $diagonal_x 0 || $diagonal_y 0) break;
if($this->chessboard[$diagonal_x][$diagonal_y] == 1) return false;
}
}
return true;
}
// 刪除數(shù)組元素
public function deleteArrayValue($array, $value) {
$delete_key = array_search($value, $array);
array_splice($array, $delete_key, 1);
}
}
$N = 8; // 8表示獲取8皇后的排列組合
$backtracking = new Backtracking($N);
$permutations = $backtracking->getPermutation(false);
var_dump($permutations); // 輸出92種排列
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
您可能感興趣的文章:- PHP基于回溯算法解決n皇后問題的方法示例
- PHP實現(xiàn)基于回溯法求解迷宮問題的方法詳解
- PHP實現(xiàn)的回溯算法示例
- PHP 正則表達式效率 貪婪、非貪婪與回溯分析(推薦)
- PHP回溯法解決0-1背包問題實例分析
- PHP正則表達式的效率 回溯與固化分組