【数据结构与算法】backtracking 回溯法

2024-05-24 22:08

本文主要是介绍【数据结构与算法】backtracking 回溯法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

backtracking也是一种编程思想,使用到了递归。

backtracking要解决的问题大致具有这样的特征,为了得到问题的解,需要进行若干步骤,每一步的抉择都是相同的,每一步都是在上一步的基础上完成的,需要记录之前的轨迹,直到终点情况,不过有可能是正确也有可能是错误。比如最典型的N皇后问题。需要部署N个皇后,每一次部署都有N种可能。

其程序在实现上满足下列特征:

(1)每一步的处理,先check特殊情况,即return case;这里必须有returncase。

(2)再使用一个for循环,尝试每一种选择,在for循环内,先检测该种选择是否正确,然后如果正确,就在轨迹上记录,然后递归地处理下一步,处理完以后,再把轨迹恢复,供下一中选择进行。这里恢复轨迹是很重要的。

可以分为两类,一种是寻找全部的解,一种是找到一个解。

一个解:递归函数需要返回值,在for循环里面尝试每一种可能时,如果该选择返回true,那么就返回。否则for结束的时候(执行到这里说明所有尝试都失败了)要返回false。利用返回值可以让程序提前返回,只找到一个解。

多个解:这时递归函数可以是void类型,这样就可以搜全部的解,for循环结束也不需要处理。


和dp的比较:这里是指up到bottom递归地dp,二者都涉及了递归,但是有差别,dp的递归是小规模的递归,即解决一个子问题。但是回溯的递归是每一步的选择,可以看成是并列的,都是在一次完整的搜索中的一步。而且dp是从高到低递归,而回溯是从开始到结束,有点从低到高的感觉。

目前为止,涉及到递归地思路有分治法,子问题,dp和回溯。很相近,不过还是有差别。

分治法的子问题不重合,子问题是不带memo的dp,回溯需要记录轨迹。这些事他们的特征。

回溯法用于搜索解,dp找最优解。


下面上一个N皇后的代码,回溯的思路体现的很清晰。包括轨迹和恢复。

public List<List<String>> solveNQueens(int n) {List<List<String>> result = new ArrayList<>();char[][] cash = new char[n][n];for(int i = 0; i < n; i++){for(int j = 0; j < n; j++){cash[i][j] = '.';}}solveQ(result, cash, 0, n);return result;}public void solveQ(List<List<String>> result, char[][] cash, int row, int n){if(row == n){List<String> r = new ArrayList<>();for(int i = 0; i < n; i++){String s = "";for(int j = 0; j < n; j++){s += cash[i][j];}r.add(s);}result.add(r);return;}for(int i = 0; i < n; i++){if(isright(cash, row, i, n)){cash[row][i] = 'Q';solveQ(result, cash, row + 1, n);cash[row][i] = '.';}}}private boolean isright(char[][] cash, int row, int col, int n){for(int i = 0; i <= row; i++){if(cash[i][col] == 'Q')return false;}int x = row, y = col;while(x >= 0 && y >= 0){if(cash[x--][y--] == 'Q')return false;}x = row;y = col;while(x >= 0 && y < n){if(cash[x--][y++] == 'Q')return false;}return true;}


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