Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實(shí)現(xiàn)遞歸與回溯
1.什么是遞歸?
簡單的說: 遞歸就是方法自己調(diào)用自己,每次調(diào)用時(shí)傳入不同的變量.遞歸有助于編程者解決復(fù)雜的問題,同時(shí)可以讓代碼變得簡潔。
看個(gè)實(shí)際應(yīng)用場景,迷宮問題(回溯), 遞歸(Recursion)
我列舉兩個(gè)小案例,來幫助大家理解遞歸,這里在給大家回顧一下遞歸調(diào)用機(jī)制
- 打印問題
- 階乘問題
public static void test(int n) { if (n > 2) { test(n - 1); } System.out.println("n=" + n); } public static int factorial(int n) { if (n == 1) { return 1; } else { return factorial(n - 1) * n; } }
遞歸用于解決什么樣的問題
- 各種數(shù)學(xué)問題如: 8皇后問題 , 漢諾塔, 階乘問題, 迷宮問題, 球和籃子的問題(google編程大賽)。
- 各種算法中也會(huì)使用到遞歸,比如快排,歸并排序,二分查找,分治算法等。
- 將用棧解決的問題-->第歸代碼比較簡潔。
遞歸需要遵守的重要規(guī)則
- 執(zhí)行一個(gè)方法時(shí),就創(chuàng)建一個(gè)新的受保護(hù)的獨(dú)立空間(棧空間)。
- 方法的局部變量是獨(dú)立的,不會(huì)相互影響, 比如n變量。
- 如果方法中使用的是引用類型變量(比如數(shù)組),就會(huì)共享該引用類型的數(shù)據(jù)。
- 遞歸必須向退出遞歸的條件逼近,否則就是無限遞歸,出現(xiàn)StackOverflowError,死龜了:)。
- 當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢,或者遇到return,就會(huì)返回,遵守誰調(diào)用,就將結(jié)果返回給誰,同時(shí)當(dāng)方法執(zhí)行完畢或者返回時(shí),該方法也就執(zhí)行完畢。
2.代碼案例一——迷宮問題
說明: 小球得到的路徑,和程序員 設(shè)置的找路策略有關(guān)即:找 路的上下左右的順序相關(guān)再得到小球路徑時(shí),可以先 使用(下右上左),再改成(上 右下左),看看路徑是不是有變化。測試回溯現(xiàn)象。
package com.szh.recursion; /** * 走迷宮問題 */ public class MiGong { //使用遞歸回溯來給小球找路, 說明: //1. map 表示地圖 //2. i,j 表示從地圖的哪個(gè)位置開始出發(fā) (1,1) //3. 如果小球能到 map[6][5] 位置,則說明通路找到. //4. 約定:當(dāng) map[i][j] 為 0 表示該點(diǎn)沒有走過; 當(dāng)為 1 表示墻; 2 表示通路可以走; //5. 在走迷宮時(shí),需要確定一個(gè)策略(方法) 下->右->上->左 , 如果該點(diǎn)走不通,再回溯 public static boolean setWay(int[][] map, int i, int j) { //此時(shí)走到了迷宮終點(diǎn) if (map[6][5] == 2) { return true; } else { if (map[i][j] == 0) { //如果當(dāng)前這個(gè)點(diǎn)還沒有走過 //按照策略 下->右->上->左 走 map[i][j] = 2; if (setWay(map, i + 1, j)) { //下 return true; } else if (setWay(map, i, j + 1)) { //右 return true; } else if (setWay(map, i - 1, j)) { //上 return true; } else { //左 return true; } } else { //map[i][j] != 0, 即只能為1、2。 1表示墻(無法走),2表示已經(jīng)走過了,所以此時(shí)直接返回false return false; } } } //修改找路的策略,改成 上->右->下->左 public static boolean setWay2(int[][] map, int i, int j) { if(map[6][5] == 2) { // 通路已經(jīng)找到ok return true; } else { if(map[i][j] == 0) { //如果當(dāng)前這個(gè)點(diǎn)還沒有走過 //按照策略 上->右->下->左 map[i][j] = 2; if(setWay2(map, i - 1, j)) { //上 return true; } else if (setWay2(map, i, j + 1)) { //右 return true; } else if (setWay2(map, i + 1, j)) { //下 return true; } else { //左 return true; } } else { return false; } } } public static void main(String[] args) { //先創(chuàng)建一個(gè)二維數(shù)組,模擬迷宮 (地圖) int[][] map = new int[8][7]; //使用迷宮中的部分格子表示墻體(置1) //第一行和最后一行置為1 for (int i = 0; i < 7; i++) { map[0][i] = 1; map[7][i] = 1; } //第一列和最后一列置為1 for (int i = 0; i < 8; i++) { map[i][0] = 1; map[i][6] = 1; } //多添加兩塊墻體 map[3][1] = 1; map[3][2] = 1; // map[1][2] = 1; // map[2][2] = 1; //輸出地圖查看 System.out.println("原始迷宮地圖為:"); for (int i = 0; i < 8; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { System.out.print(map[i][j] + " "); } System.out.println(); } //使用遞歸回溯走迷宮 setWay(map, 1, 1); // setWay2(map, 1, 1); System.out.println("小球走過,并標(biāo)識(shí)過的地圖的情況:"); for (int i = 0; i < 8; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { System.out.print(map[i][j] + " "); } System.out.println(); } } }
3.代碼案例二——八皇后問題
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。
第一個(gè)皇后先放第一行第一列。
第二個(gè)皇后放在第二行第一列、然后判斷是否OK, 如果不OK,繼續(xù)放在第二列、第三列、依次把所有列都放完,找到一個(gè)合適。
繼續(xù)第三個(gè)皇后,還是第一列、第二列……直到第8個(gè)皇后也能放在一個(gè)不沖突的位置,算是找到了一個(gè)正確解。
當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)正確解時(shí),在?;赝说缴弦粋€(gè)棧時(shí),就會(huì)開始回溯,即將第一個(gè)皇后,放到第一列的所有正確解,全部得到。
然后回頭繼續(xù)第一個(gè)皇后放第二列,后面繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行 1,2,3,4的步驟。
package com.szh.recursion; /** * 八皇后問題 */ public class Queue8 { //定義max表示共有多少個(gè)皇后 private int max = 8; //定義數(shù)組,保存皇后放置的位置結(jié)果,比如 arr = {0, 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3} int[] array = new int[max]; //共有多少種解法 private static int count = 0; //共有多少次沖突 private static int judgeCount = 0; //編寫一個(gè)方法,放置第n個(gè)皇后 //特別注意: check 是 每一次遞歸時(shí),進(jìn)入到check中都有 for(int i = 0; i < max; i++),因此會(huì)有回溯 private void check(int n) { if (n == max) { //n = 8 , 表示這8個(gè)皇后已經(jīng)全部放好了 print(); return; } //依次放入皇后,并判斷是否沖突 for (int i = 0; i < max; i++) { //先把當(dāng)前這個(gè)皇后 n , 放到該行的第1列 array[n] = i; //判斷當(dāng)放置第n個(gè)皇后到i列時(shí),是否沖突 if (judge(n)) { // 不沖突 //接著放n+1個(gè)皇后,即開始遞歸 check(n + 1); } //如果沖突,就繼續(xù)執(zhí)行 array[n] = i; 即將第n個(gè)皇后,放置在本行第i列向后的那一列 } } //查看當(dāng)我們放置第n個(gè)皇后, 就去檢測該皇后是否和前面已經(jīng)擺放的n-1個(gè)皇后沖突 private boolean judge(int n) { //每擺放一個(gè)皇后,就循環(huán)去和之前擺好的皇后位置相比較,看是否沖突 for (int i = 0; i < n; i++) { //1. array[i] == array[n] 表示判斷 第n個(gè)皇后是否和前面的n-1個(gè)皇后在同一列 //2. Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i]) 表示判斷第n個(gè)皇后是否和第i皇后是否在同一斜線 //3. 判斷是否在同一行, 沒有必要,n 表示第幾個(gè)皇后,這個(gè)值每次都在遞增,所以必然不在同一行 if (array[i] == array[n] || Math.abs(n - i) == Math.abs(array[n] - array[i])) { judgeCount++; return false; } } return true; } //打印皇后擺放的具體位置 private void print() { count++; for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.print(array[i] + " "); } System.out.println(); } public static void main(String[] args) { Queue8 queue8 = new Queue8(); queue8.check(0); System.out.printf("一共有%d解法\n", count); System.out.printf("一共判斷沖突的次數(shù)%d次", judgeCount); } }
這里其實(shí)對代碼進(jìn)行Debug就可以看出回溯的過程,我就不多說了。
到此這篇關(guān)于Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實(shí)現(xiàn)遞歸與回溯的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 遞歸與回溯內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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