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回溯法

本頁面將簡要介紹回溯法的概念和應用。

簡介

回溯法是一種經常被用在 深度優先搜索（DFS） 和 廣度優先搜索（BFS） 的技巧。

其本質是：走不通就回頭。

過程

  1. 構造空間樹；

  2. 進行遍歷；

  3. 如遇到邊界條件，即不再向下搜索，轉而搜索另一條鏈；

  4. 達到目標條件，輸出結果。

例題

USACO 1.5.4 Checker Challenge

現在有一個如下的 \(6 \times 6\) 的跳棋棋盤，有六個棋子被放置在棋盤上，使得每行，每列，每條對角線（包括兩條主對角線的所有對角線）上都至多有一個棋子。

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0   1   2   3   4   5   6
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1 |   | O |   |   |   |   |
  -------------------------
2 |   |   |   | O |   |   |
  -------------------------
3 |   |   |   |   |   | O |
  -------------------------
4 | O |   |   |   |   |   |
  -------------------------
5 |   |   | O |   |   |   |
  -------------------------
6 |   |   |   |   | O |   |
  -------------------------

上面的佈局可以用序列 \(\{2,4,6,1,3,5\}\) 來描述，第 \(i\) 個數字表示在第 \(i\) 行的第 \(a_i\) 列有一個棋子，如下所示

行號 \(i\)：\(\{1,2,3,4,5,6\}\)

列號 \(a_i\)：\(\{2,4,6,1,3,5\}\)

這只是跳棋放置的一個方案。請編一個程序找出所有方案並把它們以上面的序列化方法輸出，按字典順序排列。你只需輸出前 \(3\) 個解並在最後一行輸出解的總個數。特別注意：你需要優化你的程序以保證在更大棋盤尺寸下的程序效率。

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// 该代码为回溯法的 DFS 实现
#include <cstdio>
int ans[14], check[3][28] = {0}, sum = 0, n;

void eq(int line) {
  if (line > n) {  // 如果已经搜索完n行
    sum++;
    if (sum > 3)
      return;
    else {
      for (int i = 1; i <= n; i++) printf("%d ", ans[i]);
      printf("\n");
      return;
    }
  }
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    if ((!check[0][i]) && (!check[1][line + i]) &&
        (!check[2][line - i + n])) {  // 判断在某位置放置是否合法
      ans[line] = i;
      check[0][i] = 1;
      check[1][line + i] = 1;
      check[2][line - i + n] = 1;
      eq(line + 1);
      // 向下递归后进行回溯，方便下一轮递归
      check[0][i] = 0;
      check[1][line + i] = 0;
      check[2][line - i + n] = 0;
    }
  }
}

int main() {
  scanf("%d", &n);
  eq(1);
  printf("%d", sum);
  return 0;
}
迷宮

現有一個尺寸為 \(N \times M\) 的迷宮，迷宮裏有 \(T\) 處障礙，障礙處不可通過。給定起點座標和終點座標，且每個方格最多經過一次，問有多少種從起點座標到終點座標的方案。在迷宮中移動有上、下、左、右四種移動方式，每次只能移動一個方格。數據保證起點上沒有障礙。

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// 该代码为回溯法的 BFS 实现
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <queue>
using namespace std;
int n, m, k, x, y, a, b, ans;
int dx[4] = {0, 0, 1, -1}, dy[4] = {1, -1, 0, 0};  // 四个方向
bool vis[6][6];

struct oo {
  int x, y, used[6][6];
};

oo sa;

void bfs() {
  queue<oo> q;
  sa.x = x;
  sa.y = y;
  sa.used[x][y] = 1;
  q.push(sa);
  while (!q.empty()) {  // BFS队列
    oo now = q.front();
    q.pop();
    for (int i = 0; i < 4; i++) {  // 枚举向四个方向走
      int sx = now.x + dx[i];
      int sy = now.y + dy[i];
      if (now.used[sx][sy] || vis[sx][sy] || sx == 0 || sy == 0 || sx > n ||
          sy > m)
        continue;
      if (sx == a && sy == b) {
        ans++;
        continue;
      }
      sa.x = sx;
      sa.y = sy;
      memcpy(sa.used, now.used, sizeof(now.used));
      sa.used[sx][sy] = 1;
      q.push(sa);  // 假设向此方向走，放入BFS队列
    }
  }
}

int main() {
  scanf("%d%d%d", &n, &m, &k);
  scanf("%d%d%d%d", &x, &y, &a, &b);
  for (int i = 1, aa, bb; i <= k; i++) {
    scanf("%d%d", &aa, &bb);
    vis[aa][bb] = 1;  // 障碍位置不可通过
  }
  bfs();
  printf("%d", ans);
  return 0;
}
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