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PHP實(shí)現(xiàn)八皇后算法

 更新時(shí)間:2019年05月06日 08:35:41   作者:CyborgLin  
八皇后問題,是一個(gè)古老而著名的問題,是回溯算法的典型案例。這篇文章主要介紹了PHP實(shí)現(xiàn)八皇后算法,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

回溯算法實(shí)際上一個(gè)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(dāng)發(fā)現(xiàn)已不滿足求解條件時(shí),就“回溯”返回,嘗試別的路徑?;厮莘ㄊ且环N選優(yōu)搜索法,按選優(yōu)條件向前搜索,以達(dá)到目標(biāo)。但當(dāng)探索到某一步時(shí),發(fā)現(xiàn)原先選擇并不優(yōu)或達(dá)不到目標(biāo),就退回一步重新選擇,這種走不通就退回再走的技術(shù)為回溯法,而滿足回溯條件的某個(gè)狀態(tài)的點(diǎn)稱為“回溯點(diǎn)”。

回溯算法的基本思想是:從一條路往前走,能進(jìn)則進(jìn),不能進(jìn)則退回來,換一條路再試。

八皇后問題,是一個(gè)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(gè)皇后,使其不能互相攻擊,即任意兩個(gè)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(xì)說明

在第一行有四種可能,選擇第一個(gè)位置放上皇后

第二行原本可以有四種可能擺放,但是第一第二個(gè)已經(jīng)和第一行的皇后沖突了,因此只剩下第三第四個(gè)格子了,先選擇第三個(gè)格子

接下來是第三行,根據(jù)規(guī)則可以看出,第三行已經(jīng)沒有位置放了,因?yàn)槎几谝坏诙械幕屎鬀_突,此時(shí)返回到第二行第四個(gè)

繼續(xù)來到第三行,發(fā)現(xiàn)只有第二個(gè)滿足條件

然后發(fā)現(xiàn)第四行已經(jīng)不能放了,只能繼續(xù)返回,返回到第一行,開始下一種可能

按照 1-5 的步驟,可以找到下面的其中一種解法

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(diǎn)像窮舉法那樣走遍所有的路。

PHP代碼實(shí)現(xiàn):

<?php
 
class Backtracking {
 
 protected $chessboard;  // 棋盤 二維數(shù)組 表示坐標(biāo)軸
 protected $N;      // N表示幾皇后
 protected $has_set_x;  // 已經(jīng)設(shè)置的x坐標(biāo)數(shù)組 已經(jīng)設(shè)置的x坐標(biāo)就不能重復(fù)了,用于檢查坐標(biāo)是否可用
 protected $has_set_y;  // 已經(jīng)設(shè)置的y坐標(biāo)數(shù)組 已經(jīng)設(shè)置的y坐標(biāo)就不能重復(fù)了,用于檢查坐標(biāo)是否可用
 protected $has_set_site; // 已經(jīng)設(shè)置的點(diǎn)
 
 function __construct($N) {
 // 初始化數(shù)據(jù)
 $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(dāng)前設(shè)置第幾個(gè)皇后
 $start_x = 0;  // 當(dāng)前的x坐標(biāo) 從x開始放置嘗試
 $permutation_array = array(); // 全部皇后放置成功的排列數(shù)組
 while ($current_n < $this->N && $current_n >= 0) {
  $site_result = $this->setQueenSite($current_n, $start_x); // 設(shè)置皇后位置
  if($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(shè)置當(dāng)前放置失敗,讓程序回溯繼續(xù)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(xù)設(shè)置下一個(gè)皇后,重置下一個(gè)皇后的x坐標(biāo)從0開始
  $start_x = 0;
  }else {
  // 當(dāng)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(biāo)+1繼續(xù)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(gè)皇后x坐標(biāo)+1繼續(xù)嘗試放置
  }
 }
 return $permutation_array;
 }
 
 // 設(shè)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, $start_y); // 檢查當(dāng)前是否可放置
 if($check_result == true) {
  return array('x' => $start_x, 'y' => $start_y);
 }else { // 不可放置,則x坐標(biāo)+1,繼續(xù)嘗試
  $start_x++;
  return $this->setQueenSite($n, $start_x);
 }
 }
 
 // 檢查皇后位置是否正確
 public function checkQueenSite($x, $y) {
 // 判斷當(dāng)前坐標(biāo)的橫、縱、斜線是否存在已經(jīng)放置的皇后
 if(in_array($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(shù)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?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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