1.八皇后为题概述
什么是八皇后问题?
该问题是国际西洋棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出:在8×8格的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能互相攻击。
所以,我们要了解皇后的攻击模式:皇后可以横着走任意步数、竖着走任意步数、斜着走任意步数。
翻译过来就是:即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,问有多少种摆法。(实际上,总共有92种摆法)
例如,下面的这种摆法(0表示没有皇后,1表示摆放了皇后):
2.解决八皇后为题的步骤 1.八皇后的存储问题 2.八皇后的打印 3.八皇后的和平相处(如何判断该位置是否可以放置一个皇后) 4.如何进行递归
问题1:八皇后的存储问题
八皇后为8*8的格式,为了节约内存,我们可以将棋盘定义为unsigned char chess[8](当然char chess[8]也没问题)
为什么呢?char类型为8bit,所以总共就有8*8bit,其中,我们让有皇后的位置标记为1,让没有皇后的位置标记为0
问题2:八皇后的打印
我们把八皇后的打印单独写一个函数,模块化方便定位错误。
int count=0;//累积八皇后的方案个数,是一个全局变量void Eight_Queen_Print(unsigned char *chess){ printf("No.%dn",count); for(int i=0;i<8;++i){ for(int j=0;j<8;++j){ printf("%c ",chess[i] & (1<<(7 & ~j))?'1':'0'); } putchar('n'); } putchar('n');}
打印出来的格式可能是:
No.92
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
问题3:八皇后的和平相处(如何判断该位置是否可以放置一个皇后)
1.首先,我们把有皇后的位置标记为1,把没有皇后的位置标记为0
2.其次,我们写一个函数单独检测该位置是否可以放置皇后:
—— a.检测横向时候是否已存在一个皇后
—— b.检测竖向是否已经存在一个皇后(由于我们排列皇后的顺序为从上到下,所以我们可以只检测该行上面的几个行上是否有皇后即可)
—— c.检测斜线方向(此时的斜线除了从左上角到右下角之外,还有从右上角到左下角;同上所述,我们只要检测该行上面几个行的斜线方向即可)
//这里用到了位运算,因为与八皇后问题无关,不做过多的解释了//如果该位置可以放置皇后,返回0,否则返回1//传入棋盘当前的状态:chess//传入想要检测的位置:行数和列数int Eight_Queen_Safe(unsigned char *chess,int row,int col){ //检测同一行上是否已经有一个皇后了,其实这一步不太有必要,因为我们在写递归的时候,就已经确定,一行一行的往下找皇后可以摆放的安全位置了,横向的找到了,就往下找,所以横向的检测显得多余了。你可以不用检测横向的。 for(int i=0;i<8;++i){ if((chess[row] & (1<< (7& ~i))))return -1; } //检测竖向:我们只需要检测row个行数就像了,比如传入的row为3,那么此时我么就只要检测下标为0,1,2的行数即可 for(int i=0;i<row;++i){ if(chess[i] & (1<<(7 & ~col)))return -1; } //左上角到右下角的方向 for(int i=row-1,j=col-1;i >= 0 && j >= 0;--i,--j){ if(chess[i] & (1 << (7 & ~j)))return -1; } //右上角到左下角的方向 for(int i=row-1,j=col+1;i>=0 && j<=7;--i,++j){ if(chess[i] & (1 << (7 & ~j)))return -1; } return 0;}
问题4:如何递归
1.首先,只要进入8皇后的递归函数,就表明该函数没有到结束条件,我们直接设置和检测皇后的位置(注意此时我们就要像递归函数传入:棋盘状态,行数和列数),我们从指定的行数和列数开始向后检测。并设置位置。当我们发现某个位置可行的时候,我们就开启递归,因为我们还有继续检测后面的位置是否可行
2.然后,我们跳出检测的循环,判断刚才循环的时候的那个位置是否有效。
a.如果整个循环下来没有发现任何一个有效位置的话,我们判断他的行数是不是最后一行,如果是最后一行,并且没有找到任何有效位置,就说明该方案不可行,直接返回即可。
b.如果我们循环下来有有效位置,我们就可以设置有效位置为皇后,然后判断,改行是不是最后一行了,如果是最后一行并且有位置可以放置皇后,那我们就可以打印该方案,同时,如果有记录可行方案的累积参数的话,我们让参数加一。
c.如果我们找到了有效位置,但是改行不是最后一行,我们就需要继续进入递归,在下一行寻找皇后的有效位置,此时传入的列数为0,因为我们要从新开的下一行的行首开始检测皇后的有效位置。
//传入棋盘的状态chess//传入本次开始检测的其实位置:行数row和列数colvoid Eight_Queen(unsigned char *chess,int row,int col){ unsigned char chess_s[8];//这是一个临时的棋盘,只保存本次的递归的状态 memcpy(chess_s,chess,sizeof(unsigned char)*8);//复制上次递归的状态到本次的临时棋盘当中 int i=0;//循环计数 for(i=col;i<8;++i){ if(Eight_Queen_Safe(chess_s,row,i)==0){ Eight_Queen(chess_s,row,i+1);//此时也许在i的后面还有安全的位置可以摆放皇后的位置,所以递归继续寻找 EIGHT_QUEEN_SET(chess_s,row,i); //#define EIGHT_QUEEN_SET(chess,row,col) (chess[row] |= (1 << (7 & ~(col)))) //单独谢了一个宏,用来设置棋盘中皇后的位置的 break;//当找到安全位置的时候,跳出循环,此时的循环计数一定小于8 } } if(i < 8 && row >=7){ //检测循环计数i,如果i小于8,表示找到过安全位置,并且此时的row已经为7,也就是已经到了棋盘的最后一行,8皇后的一个完整的摆法已经形成,我们让方案计数count自加,并且打印范方案 ++count; Eight_Queen_Print(chess_s); } else if(i < 8 && row < 7){ //否则我们发现i小于8,也就是这次我们已经找到了一个安全为位置,但是此时不是棋盘的最后一行,我们还需要在下一行继续寻找可以摆放皇后的位置,所以行数row+1后,从列数为0出继续寻找可以摆放皇后的位置 Eight_Queen(chess_s,row+1,0); }}
完整代码
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <memory.h>int count=0;#define EIGHT_QUEEN_SET(chess,row,col) (chess[row] |= (1 << (7 & ~(col))))void Eight_Queen_Print(unsigned char *chess){ printf("No.%dn",count); for(int i=0;i<8;++i){ for(int j=0;j<8;++j){ printf("%c ",chess[i] & (1<<(7 & ~j))?'1':'0'); } putchar('n'); } putchar('n');}int Eight_Queen_Safe(unsigned char *chess,int row,int col){ /* for(int i=0;i<8;++i){ if((chess[row] & (1<< (7& ~i))))return -1; } */ for(int i=0;i<row;++i){ if(chess[i] & (1<<(7 & ~col)))return -1; } for(int i=row-1,j=col-1;i >= 0 && j >= 0;--i,--j){ if(chess[i] & (1 << (7 & ~j)))return -1; } for(int i=row-1,j=col+1;i>=0 && j<=7;--i,++j){ if(chess[i] & (1 << (7 & ~j)))return -1; } return 0;}void Eight_Queen(unsigned char *chess,int row,int col){ unsigned char chess_s[8]; memcpy(chess_s,chess,sizeof(unsigned char)*8); int i=0; for(i=col;i<8;++i){ if(Eight_Queen_Safe(chess_s,row,i)==0){ Eight_Queen(chess_s,row,i+1); EIGHT_QUEEN_SET(chess_s,row,i); break; } } if(i < 8 && row >=7){ ++count; Eight_Queen_Print(chess_s); } else if(i < 8 && row < 7){ Eight_Queen(chess_s,row+1,0); }}int main(void){ unsigned char chess[8];//初始的棋盘 memset(chess,0,sizeof(unsigned char)*8);//初始棋盘全部为0 Eight_Queen(chess,0,0);//第一次调用八皇后,我们把行数和列数设为0即可 //当然你也可以打印一下方案总数 printf("n一共有 %d 种摆法n",count); return 0;}
运行结果:
No.1
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0 0 0
No.2
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 0
No.3
0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
……(后面的省略了)
反正总共有92种方案