演算法入門——回溯法
用淺顯的話說回溯法就是屢敗屢戰的一種精神:用走迷宮來說吧,第一次每次遇到岔路就往左走,直到走到死路就回到上一個岔路,這時候不往左了,改為往右,然後繼續一直往左走。差不多就是這樣,但是怕繞,拿過一個比喻吧:比如我要猜出你的6位數支付密碼:一開始我用000000,沒用的話我就回到5位數的時候00000,這時候最後一位數就不用0了,而改為1.。。。。。。直到當我猜到999999的時候,這期間我肯定就能猜對你的密碼,所以這就是銀行輸錯3次的時候會凍結你的賬戶的原因
------導讀
1、概念
回溯演算法實際上一個類似列舉的搜尋嘗試過程,主要是在搜尋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尋法,按選優條件向前搜尋,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”。
許多複雜的,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,按照深度優先搜尋的策略,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尋演算法)。
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尋遍才結束。
而若使用回溯法求任一個解時,只要搜尋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)確定結點的擴充套件搜尋規則
(3)以深度優先方式搜尋解空間,並在搜尋過程中用剪枝函式避免無效搜尋。
4、演算法框架
(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
1: int a[n],i;
2: 初始化陣列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) // 搜尋到葉結點
7: {
8: 搜尋到一個解,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尋空間內)
(3)遞迴的演算法框架
回溯法是對解空間的深度優先搜尋,在一般情況下使用遞迴函式來實現回溯法比較簡單,其中i為搜尋的深度,框架如下:
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) // 列舉i所有可能的路徑
9: {
10: if(fun(j)) // 滿足限界函式和約束條件
11: {
12: a[i] = j;
13: ... // 其他操作