八皇后問題可以說是一道相當經典的演算法題目,以西洋棋為背景,如何在一個8x8的棋盤上擺放八個皇后的棋子,讓任何一個皇后無法吃掉其中一個皇后,也是就是任何一個皇后的橫行、縱行、斜線上都不會出現其它的皇后,後來八皇后問題也被衍生為N皇后問題 - 在N*N的棋盤上放置N個皇后
,試問有幾種解法?就讓我們用回溯法來解N皇后的問題吧!
圖片來源:https://medium.com/nerd-for-tech/genetic-algorithm-8-queens-problem-b01730e673fd
先用四皇后來推演一下流程
假設現在有個4*4的棋盤,我們先將第一個皇后放在第一個格子裡面
由於一個直行只能有一個皇后,所以接下來將第二個皇后放在第二行的第一個,不過因為皇后的橫列不可以有其它皇后,所以往下挪動一格
真不巧,斜線上也不能出現其它皇后,因此要再往下挪動一格
因此第二個皇后擺放在這個位置
接下來放置第三個皇后,但會發現一個問題,不管放在哪個位置都不行,因次要使用回溯法來調整第二個皇后的位置,把他往下移動一格
調整完之後第三個皇后也放好了
不過在擺放第四個皇后的時候,又發生了一樣的問題,只好用回溯法再次倒回去
重覆先前的步驟之後,總算能夠成功擺放四個皇后了!
用js實作
const NQueens = (n) => {
let answer = 0;
let arr = [];
for (let i = 0; i < n; i++) {
arr.push(Array.from({ length: n }).fill(null));
}
let i = 0; //第幾列(橫向)
let j = 0; //第幾行(直向)
let loop = true;
while (loop) {
console.log("i", i, "j", j);
arr[i][j] = "Q";
console.log("arr", arr);
//檢查橫行、縱行、斜線是否有其它Q的flag
let checkQExist = false;
let k = 0;
while (k < i) {
//確認當前的Q上方是否有其它Q的存在
if (arr[k][j] === "Q") {
checkQExist = true;
}
k++;
}
k = 0;
while (k < j) {
//確認當前的Q左邊是否有其它Q的存在
if (arr[i][k] === "Q") {
checkQExist = true;
}
k++;
}
k = 1;
let l = -1;
while (i + k < n && j + l >= 0) {
//確認當前的Q對角線(左下角)是否有其它Q的存在
if (arr[i + k][j + l] === "Q") {
checkQExist = true;
}
k++;
l--;
}
k = -1;
while (i + k >= 0 && j + k >= 0) {
//確認當前的Q對角線(右上角)是否有其它Q的存在
if (arr[i + k][j + k] === "Q") {
checkQExist = true;
}
k--;
}
if (!checkQExist) {
console.log("Q can put here");
console.log(arr);
//已經放到最後一行了
if (j === n - 1) {
answer++;
console.log("perfect solution");
console.log(arr);
arr[i][j] = null;
i++; //往下一列
} else {
//往下一行
i = 0;
j++;
}
}
if (checkQExist) {
console.log("Q exist!!");
console.log(arr);
arr[i][j] = null; //不能放這格所以要清空
i++;
}
//檢查是否超出邊界
const checkBoundary = () => {
j--;
for (let r = 0; r < arr.length; r++) {
if (arr[r][j] === "Q") {
arr[r][j] = null;
console.log("r and j is", r, j);
i = r + 1;
break;
}
}
};
while (i >= n) {
//如果橫列超過n 需檢查前一行
checkBoundary();
if (j < 0) {
console.log("done");
loop = false;
break;
}
}
}
console.log("Number of solution", answer);
};
NQueens(4); //2
單看程式碼實在是過於抽象,為了幫助理解所以將陣列印出來看,就會比較清楚整體的運作流程為何
為了驗證程式碼是否正確,將input改為8,結果運算時間出乎我的意料,真的是所謂的讓子彈飛一會,非常的耗時,一度還讓我以為是否寫了無窮迴圈,還好最後成功印出92
維基百科提供的N皇后解答