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通用解題方法—回溯法

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轉自:http://www.cnblogs.com/steven_oyj/archive/2010/05/22/1741376.html

1、概念

  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,發現原先選擇並不優或達不到目標,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”。

  許多復雜的,規模較大的問題都可以使用回溯法,有“通用解題方法”的美稱。

2、基本思想

  在包含問題的所有解的解空間樹中,按照深度優先搜索的策略

,從根結點出發深度探索解空間樹。當探索到某一結點時,要先判斷該結點是否包含問題的解,如果包含,就從該結點出發繼續探索下去,如果該結點不包含問題的解,則逐層向其祖先結點回溯。(其實回溯法就是對隱式圖的深度優先搜索算法)。

   若用回溯法求問題的所有解時,要回溯到根,且根結點的所有可行的子樹都要已被搜索遍才結束。

而若使用回溯法求任一個解時,只要搜索到問題的一個解就可以結束。

3、用回溯法解題的一般步驟:

(1)針對所給問題,確定問題的解空間:

首先應明確定義問題的解空間,問題的解空間應至少包含問題的一個(最優)解。

(2)確定結點的擴展搜索規則

(3)以深度優先方式搜索解空間,並在搜索過程中用剪枝函數避免無效搜索。

4、算法框架

(1)問題框架

設問題的解是一個n維向量(a1,a2,………,an),約束條件是ai(i=1,2,3,…..,n)之間滿足某種條件,記為f(ai)。

(2)非遞歸回溯框架

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   1: int a[n],i;
   2: 初始化數組a[];
   3: i = 1;
   4: while (i>0(有路可走)   and  (未達到目標))  // 還未回溯到頭
   5: {
   6:     if(i > n)                                              //
搜索到葉結點 7: { 8: 搜索到一個解,輸出; 9: } 10: else // 處理第i個元素 11: { 12: a[i]第一個可能的值; 13: while(a[i]在不滿足約束條件且在搜索空間內) 14: { 15: a[i]下一個可能的值; 16: } 17: if(a[i]在搜索空間內) 18: { 19: 標識占用的資源; 20: i = i+1; // 擴展下一個結點 21: } 22: else 23: { 24: 清理所占的狀態空間; // 回溯 25: i = i –1; 26: } 27: }
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  (3)遞歸的算法框架

  回溯法是對解空間的深度優先搜索,在一般情況下使用遞歸函數來實現回溯法比較簡單,其中i為搜索的深度,框架如下:

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   1: int a[n];
   2: try(int i)
   3: {
   4:     if(i>n)
   5:        輸出結果;
   6:      else
   7:     {
   8:        for(j = 下界; j <= 上界; j=j+1)  // 枚舉i所有可能的路徑
   9:        {
  10:            if(fun(j))                 // 滿足限界函數和約束條件
  11:              {
  12:                 a[i] = j;
  13:               ...                         // 其他操作
  14:                 try(i+1);
  15:               回溯前的清理工作(如a[i]置空值等);
  16:               }
  17:          }
  18:      }
  19: }
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