馬踏棋盤的實現
阿新 • • 發佈:2019-02-02
(一)馬踏棋盤經典演算法描述:
(1)馬踏棋盤是經典的程式設計問題之一,主要的解決方案有兩種:一種是基於深度優先搜尋的方法,另一種是基於貪婪演算法的方法。第一種基於深度優先搜尋的方法是比較常用的演算法,深度優先搜尋演算法也是資料結構中的經典演算法之一,主要是採用遞迴的思想,一級一級的尋找,遍歷出所有的結果,最後找到合適的解。而基於貪婪的演算法則是制定貪心準則,一旦設定不能修改,他只關心區域性最優解,但不一定能得到最優解。
【問題描述】關於馬踏棋盤的基本過程:國際象棋的棋盤為 8*8 的方格棋盤。現將"馬"放在任意指定的方格中,按照"馬"走棋的規則將"馬"進行移動。要求每個方格只能進入一次,最終使得"馬"走遍棋盤的64個方格。
【演算法分析】
① 在四角,馬踏日走只有兩個選擇;
② 在其餘部分,馬踏日走有四、六、八不等的選擇。
解決方案:在外層另外加上兩層,確保 8*8 方格中的每一個格子都有8中不同的選擇;
重點:為了確保每個格子能走日字,而且選擇的可能性等同,初始化除了最外兩層格子標記沒有被訪問,最外兩層中每個格子都標記為已被訪問即可達到目標!
解釋:圖片中標記紅色的區域,初始化時就預設為馬已踏日字,集已被訪問,而中間的 8*8 的表格標記為馬未被訪問!
並且每一個表格中馬在訪問時都有8中不同的選擇,這8中不同的選擇都會在其相應的x和y座標上進行追加標記;
這8中選擇方式為:
【程式碼展示1】:遞迴求解(回溯法求解),列出所有的解,並從中找出從(2,2)位置出發的合適解:
#include <iostream> #include <stdlib.h> using namespace std; int chessboard[12][12] = {0}; int cnt = 0; //標記馬已走的方格數 int sum = 0; //標記馬走完全程的具體方案數 int move[8][2]={ {2,1},{1,2},{-1,2},{-2,1},{-2,-1},{-1,-2},{1,-2},{2,-1}}; //初始馬當前位置向其周圍相鄰八個日字的 x,y的偏移量 //輸出馬踏棋盤的解 void PrintChess(); //馬踏棋盤遞迴過程 void Horse(int x,int y); int main(void){ int i,j; for(i=0;i<12;i++){ for(j=0;j<12;j++){ if(i==0 || i==1 || i==10 || i==11 || j==0 || j==1 || j==10 || j==11){ chessboard[i][j]=-1;//在 8 * 8 的外層再加上兩層,確保 8 * 8 方格中的每一個格子都有 8 種不同的日字選擇 } } } //從起始位置開始求得所有解 chessboard[2][2] = ++cnt; Horse(2,2); //遞迴呼叫當前當前位置附近的 8 個日字,看看是否滿足條件 return 0; } void Horse(int x,int y){ //馬永遠踏的是 x,y位置,而不是 a,b if(cnt >= 64){ //臨界值,馬走日字全部踏完,成功求出問題解 sum++; PrintChess(); return; } for(int i=0;i<8;i++){ int a = x + move[i][0]; //拿到當前馬位置相鄰的 8 個日字的 x 座標 int b = y + move[i][1]; //拿到當前馬位置相鄰的 8 個日字的 y 座標 if(chessboard[a][b] == 0){ //判斷當前馬位置相鄰的日字是否已被訪問 cnt++; chessboard[a][b]=cnt; //標誌已被訪問 Horse(a,b); //從當前馬的位置繼續往下訪問 cnt--; chessboard[a][b]=0; //回溯回來修改其相鄰的日字的訪問情況 } } } //輸出馬踏棋盤的解 void PrintChess(){ cout<<endl<<"馬踏棋盤第 "<<sum<<"組解為:"<<endl; int i,j; for(i=2;i<10;i++){ for(j=2;j<10;j++){ cout<<" "<<chessboard[i][j]; } cout<<endl; } }
【問題的解】:只列出量兩組解,其餘未列出:
【程式碼展示2】:貪心演算法求解,列出從(2,2)位置出發的合適解,區域性最優:
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
/*
typedef struct{
int x; //記錄當前馬位置的 x 座標
int y; //記錄當前馬位置的 y 座標
int i; //記錄從當前馬的位置前往下一個日字的序號 i (0<i<8)
}StackHorse;
*/
int StackHorse[100][3]={0}; //申請一個棧空間(裡面儲存的就是 x,y,i三個具體的變數值),來標記馬走的具體位置
int chessboard[12][12] = {0}; //記錄 8 * 8棋盤馬走的具體腳印
int cnt = 1; //標記馬已走的方格數
int move[8][2]={ {2,1},{1,2},{-1,2},{-2,1},{-2,-1},{-1,-2},{1,-2},{2,-1}}; //初始馬當前位置向其周圍相鄰八個日字的 x,y的偏移量
//輸出馬踏棋盤的解
void PrintChess();
//馬踏棋盤遞迴過程
void Horse(int x,int y);
int main(void){
int i,j;
for(i=0;i<12;i++){ //初始化馬踏棋盤的具體值(0代表未被訪問,1代表已被訪問,-1代表新加的最外面兩層)
for(j=0;j<12;j++){
if(i==0 || i==1 || i==10 || i==11 || j==0 || j==1 || j==10 || j==11){
chessboard[i][j]=-1;
}
}
}
Horse(2,2); //從 (2,2)的位置開始跑,求得馬踏棋盤的一組解
PrintChess();
return 0;
}
//非遞迴求一組解的過程
void Horse(int x,int y){
int top=0,i=0;
int a,b; //記錄當前馬位置附近的日字座標
chessboard[x][y]=1; //標記當前起始位置已被訪問
StackHorse[top][0]=StackHorse[top][1]=2; //記錄當前馬的位置
while(cnt < 64){
for(;i<8;i++){
a = x + move[i][0];
b = y + move[i][1];
if(chessboard[a][b] == 0){ //如果當前馬位置附近的日字沒有被訪問
break; //跳出迴圈
}
}
if(i<8){ //能夠訪問當前馬位置附近的日字
chessboard[a][b]=++cnt;
StackHorse[top][2]=i; //記錄訪問當前馬位置附近的日字序號(0<i<8)
top++; //top指向新的棧頂
StackHorse[top][0]=a; //向新的棧頂放入馬踏入的 x座標
StackHorse[top][1]=b; //向新的棧頂放入馬踏入的 y座標
x=a; //標記新的 x
y=b; //標記新的 y
i=0; //從棧頂馬位置開始尋找附近的 8 個日字
}
else{ //沒有在當前馬位置附近找到符合條件的日字
cnt--; //回溯
chessboard[x][y]=0;
top--; //出棧
x=StackHorse[top][0]; //拿到當前馬位置的 x 座標
y=StackHorse[top][1]; //拿到當前馬位置的 y 座標
i=StackHorse[top][2]; //拿到當前馬位置前往下一日字的序號
i++; //繼續搜尋從當前馬位置訪問的日字序號的下一位置繼續訪問
}
}
}
//輸出馬踏棋盤的解
void PrintChess(){
cout<<"馬踏棋盤一組解為:"<<endl;
int i,j;
for(i=2;i<10;i++){
for(j=2;j<10;j++){
cout<<" "<<chessboard[i][j];
}
cout<<endl;
}
}
【問題的解】:列出一組解: