八皇后问题

       八皇后问题是经典的递归问题,题目的要求是这样的:在国际象棋中,皇后是最强大的棋子,它可以吃掉任何跟自己同行,同列,或同一斜线上的棋子。求如何排列皇后,使得每一行都有一个皇后又让每一个皇后都不能互相攻击,给出所有的排列可能。

       首先我们做一些基础工作:

1、 用一个二维数组来表示棋盘,“0”代表该位置无棋子,“1”代表有皇后;

2、 我们要能够判断一个位置是否能够放置皇后(即检测该点同行,同列或同一斜线上有无皇后);

3、 要能够输出一个棋盘;

       根据以上的要求,我们先编写进行非核心段却又必不可少的代码:

(1)判断一个位置能否放置皇后的代码:

int isSafe(int (* chess)[EIGHT], int row, int col) {
    int i;
    int j;

    for (i = row - 1; i >= 0; i--) {
        if (chess[i][col] == 1) {
            return 0;
        }
    }
    for (i = row - 1, j = col - 1; i >= 0 && j >= 0; i--, j--) {
        if (chess[i][j] == 1) {
            return 0;
        }
    }
    for (i = row - 1, j = col + 1; i >= 0  && j < EIGHT; i--, j++) {
        if (chess[i][j] == 1) {
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}
       从以上的代码我们观察到,仅仅是进行了三个方向的判断,并没有进行六个方向的判断,这是因为我们处理八皇后问题时是逐行箱向下尝试的,当本行没有放置皇后时,下一行是不可能放有皇后的,只有当在本行放置了一个皇后才能在下一行放置皇后,这就使得我们判断一个位置能否放置皇后时只需要考虑它的正上方,左斜上方和右斜上方。
(2)输出棋盘
void showChess(int(*chess)[EIGHT]) {
	int i;
	int j;

        printf("\n");
	for (i = 0; i < EIGHT; i++) {
		for (j = 0; j < EIGHT; j++) {
			printf("%d", chess[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
}

       接下来我们就开始着手解决如何找出所有可能性的八皇后排列问题:

       八皇后问题最关键的问题是如何能够遍历所有的情况,国际象棋的棋盘有八行八列,也就是说要尝试8^8种情况,如果用循环实现的话,效果可想而知。

       我们既然想要用递归的方式实现八皇后问题,就要找到每一次函数调用的普适性规律,只有保证每一步都是相同的操作,才能够使用递归调用函数。通过观察我们发现,要解决八皇后问题,每一行都应该放置且只放置一个皇后,而每一个位置都应该尝试去放一个皇后,再进行判断这样放置是否合理。如果一个位置可以放置皇后了,我们又要看下一行能否放置皇后且不冲突,当判断完该行某一位置能够放置皇后了,就应该继续尝试下一行,当之后的所有行都尝试完毕了,再进行该行的下一个点的尝试。

       总结以上的内容可以得出这样的结论:

1、 处理八皇后问题应该是以行为单位逐行测试的;

       八皇后问题_第1张图片

2、 每一行的处理都应该是相同的;

3、 每一个位置的检测都应该是:放置一个皇后-判断是否可以放置皇后-进行下一行的测试,看当前的排列方式能否构成一种解决方案;

4、 当测试到第八行的时候,如果存在可以放置的皇后,则输出当前的棋盘(当前函数的结束条件,说明找到了一种解决方案,可以进行下一种解决方案的尝试了);

        八皇后问题_第2张图片

5、 当某一行测试到第八个位置的时候,依然没有位置可以放置皇后,则放回上一行进行下一个点的尝试(这一点在实际编程中不用考虑,因为根据递归调用的性质,每一行的每一个位置的测试都包括该行的之后所有行所有的位置的测试,测试完一整行就代表这一行以下的所有行都已经测试完毕),当然应该返回上一层进行下一个点的测试。

        八皇后问题_第3张图片

         例如该图的第六行所有位置都无法放置皇后,自然第七八行也没必要测试了,因此对于这种排列情况的测试已经完毕,需要做的就是改变第五行的皇后的位置继续测试。

         有了以上的分析我们就可以编写八皇后问题的相关代码了:

void eightQueen(int(*chess)[EIGHT], int row) {
	int col;

	if (row >= EIGHT) {
		showChess(chess);

		return;
	}

	for (col = 0; col < EIGHT; col++) {
		if (isSafe(chess, row, col)) {
			chess[row][col] = 1;
			eightQueen(chess, row + 1);
			chess[row][col] = 0;
		}
	}
}
        微易码的颜值担当朱某人在讲八皇后问题时举了这样一个例子,我觉得非常有助于对递归的理解:在一个很大的广场上摆着一个棋盘,你和其他的七个人各负责一行的测试,你自己本身就相当于是一个八皇后的核心函数,你要做的只是从第一个格子开始摆放皇后,摆放之前先向上方,左斜上方和右斜上方观察有无皇后,若有皇后则尝试下一个位置,放置好皇后了就通知下一行的人继续测试有无皇后,当你测试完了所有的格子了你要让负责你之前一行的人继续进行测试。当你收到负责你的下一行的人测试完毕的消息后你也要继续进行测试。

        通过以上的比喻,可以更加清晰地看出八皇后问题的本质,以及递归函数在编写时简单却又不容易想到的编程思路。


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