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回溯(五) 棋盘问题

51. N 皇后

按照国际象棋的规则,皇后可以攻击与之处在同一行或同一列或同一斜线上的棋子。

n 皇后问题 研究的是如何将 n 个皇后放置在 n×n 的棋盘上,并且使皇后彼此之间不能相互攻击。

给你一个整数 n ,返回所有不同的 n 皇后问题 的解决方案。

每一种解法包含一个不同的 n 皇后问题 的棋子放置方案,该方案中 'Q' 和 '.' 分别代表了皇后和空位。

 

示例 1:

输入:n = 4
输出:[[".Q..","...Q","Q...","..Q."],["..Q.","Q...","...Q",".Q.."]]
解释:如上图所示,4 皇后问题存在两个不同的解法。

示例 2:

输入:n = 1
输出:[["Q"]]

思路:

和以前回溯的思路是一样的,但棋盘问题没有path了,得到一个解法就返回到res里。

注意Q能否放置的判断条件isPlay不能写成一个对应棋盘的二维数组,isPlay是判断当前格子的行列,对角线是否已被占用的,而不是根据每个格子的isPlay来决定能不能放Q。

如果你真的以每个格子的isPlay来决定能不能放Q,就会超时,因为每次遍历格子,isplay都要遍历完整个棋盘。

如果isPlay只遍历一次棋盘,就只能保证第一个Q不在其他Q攻击范围,并不能保证其他Q不相互攻击。

所以isPlay是用vector<vector<bool>>& isPlay来表示,第一个[]里放0,1,2,用于表示列,主对角线,副对角线,第二个[]里放列,主对角线,副对角线对应的值。

用列进行遍历,用行来递归。

代码如下:

class Solution {

private:

    vector<vector<string>> res;  // 存储所有解法

    // 回溯函数,`row` 表示当前行的索引

    void backtracking(int n, int row, vector<string>& chessboard, vector<vector<bool>>& isPlay) {

        // 当所有行都放置完皇后时,表示找到一个解

        if (row == n) {

            res.push_back(chessboard);  // 找到一个解,加入结果

            return;

        }

       

        // 尝试在当前行的每一列放皇后

        for (int col = 0; col < n; col++) {

            // 如果当前列已经被占用,或者该位置在主对角线或者副对角线上被占用,跳过

            if (isPlay[0][col] || isPlay[1][row - col + n - 1] || isPlay[2][row + col]) {

                continue;

            }

           

            // 放置皇后

            chessboard[row][col] = 'Q';

            // 标记当前列和对角线已被占用

            isPlay[0][col] = true;  // 标记列占用

            isPlay[1][row - col + n - 1] = true;  // 标记主对角线占用

            isPlay[2][row + col] = true;  // 标记副对角线占用

            // 递归到下一行

            backtracking(n, row + 1, chessboard, isPlay);

            // 回溯,撤销放置的皇后和标记

            chessboard[row][col] = '.';

            isPlay[0][col] = false;

            isPlay[1][row - col + n - 1] = false;

            isPlay[2][row + col] = false;

        }

    }

public:

    vector<vector<string>> solveNQueens(int n) {

        vector<string> chessboard(n, string(n, '.'));  // 初始化一个 n x n 的棋盘

        vector<vector<bool>> isPlay(3, vector<bool>(2 * n - 1, false));  // 三个标记数组:列、主对角线、副对角线

        // 0 -> 列的占用情况

        // 1 -> 主对角线的占用情况

        // 2 -> 副对角线的占用情况

        backtracking(n, 0, chessboard, isPlay);  // 从第 0 行开始回溯

        return res;  // 返回所有解法

    }

};

37. 解数独

编写一个程序,通过填充空格来解决数独问题。

数独的解法需 遵循如下规则

  1. 数字 1-9 在每一行只能出现一次。
  2. 数字 1-9 在每一列只能出现一次。
  3. 数字 1-9 在每一个以粗实线分隔的 3x3 宫内只能出现一次。(请参考示例图)

数独部分空格内已填入了数字,空白格用 '.' 表示。

 

示例 1:

输入:board = [["5","3",".",".","7",".",".",".","."],["6",".",".","1","9","5",".",".","."],[".","9","8",".",".",".",".","6","."],["8",".",".",".","6",".",".",".","3"],["4",".",".","8",".","3",".",".","1"],["7",".",".",".","2",".",".",".","6"],[".","6",".",".",".",".","2","8","."],[".",".",".","4","1","9",".",".","5"],[".",".",".",".","8",".",".","7","9"]]
输出:[["5","3","4","6","7","8","9","1","2"],["6","7","2","1","9","5","3","4","8"],["1","9","8","3","4","2","5","6","7"],["8","5","9","7","6","1","4","2","3"],["4","2","6","8","5","3","7","9","1"],["7","1","3","9","2","4","8","5","6"],["9","6","1","5","3","7","2","8","4"],["2","8","7","4","1","9","6","3","5"],["3","4","5","2","8","6","1","7","9"]]

这道题看似复杂,其实很简单,只要搞清楚怎么回溯就行了。

应为只有一个解,即完成棋盘,那么我们只有遇到“.”的时候把1~9都换进去尝试,判断条件就是行列和九宫格没有相同的数(写在另一个函数里),如果1~9都放不进去,说明解法错误,进行回溯,即把当前格子重新换成点。

在定义backtracking的时候,要用bool,不用void了,因为解数独找到一个符合的条件(就在树的叶子节点上)立刻就返回,相当于找从根节点到叶子节点一条唯一路径,所以需要使用bool返回值。

代码如下:

class Solution {

private:

    bool backtracking(vector<vector<char>>& board) {

        for (int i = 0; i < board.size(); i++) {        // 遍历行

            for (int j = 0; j < board[0].size(); j++) { // 遍历列

                if (board[i][j] == '.') {

                    for (char k = '1'; k <= '9';

                         k++) { // (i, j) 这个位置放k是否合适

                        if (isValid(i, j, k, board)) {

                            board[i][j] = k; // 放置k

                            if (backtracking(board))

                                return true;   // 如果找到合适一组立刻返回

                            board[i][j] = '.'; // 回溯,撤销k

                        }

                    }

                    return false; // 9个数都试完了,都不行,那么就返回false

                }

            }

        }

        return true; // 遍历完没有返回false,说明找到了合适棋盘位置了

    }

    bool isValid(int row, int col, char val, vector<vector<char>>& board) {

        for (int i = 0; i < 9; i++) { // 判断行里是否重复

            if (board[row][i] == val) {

                return false;

            }

        }

        for (int j = 0; j < 9; j++) { // 判断列里是否重复

            if (board[j][col] == val) {

                return false;

            }

        }

        int startRow = (row / 3) * 3;

        int startCol = (col / 3) * 3;

        for (int i = startRow; i < startRow + 3; i++) { // 判断9方格里是否重复

            for (int j = startCol; j < startCol + 3; j++) {

                if (board[i][j] == val) {

                    return false;

                }

            }

        }

        return true;

    }

public:

    void solveSudoku(vector<vector<char>>& board) { backtracking(board); }

};

 

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