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PHP實現八皇后算法

2024-05-05 00:08:46
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供稿:網友

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,當發現已不滿足求解條件時,就“回溯”返回,嘗試別的路徑。回溯法是一種選優搜索法,按選優條件向前搜索,以達到目標。但當探索到某一步時,發現原先選擇并不優或達不到目標,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

PHP,八皇后算法

第二行原本可以有四種可能擺放,但是第一第二個已經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

PHP,八皇后算法

接下來是第三行,根據規則可以看出,第三行已經沒有位置放了,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

PHP,八皇后算法

繼續來到第三行,發現只有第二個滿足條件

PHP,八皇后算法

然后發現第四行已經不能放了,只能繼續返回,返回到第一行,開始下一種可能

PHP,八皇后算法

按照 1-5 的步驟,可以找到下面的其中一種解法

PHP,八皇后算法

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:

<?php class Backtracking {  protected $chessboard;  // 棋盤 二維數組 表示坐標軸 protected $N;      // N表示幾皇后 protected $has_set_x;  // 已經設置的x坐標數組 已經設置的x坐標就不能重復了,用于檢查坐標是否可用 protected $has_set_y;  // 已經設置的y坐標數組 已經設置的y坐標就不能重復了,用于檢查坐標是否可用 protected $has_set_site; // 已經設置的點  function __construct($N) { // 初始化數據 $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容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持VeVb武林網。


注:相關教程知識閱讀請移步到PHP教程頻道。
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