【算法30天:Day30】第七章回溯算法 LeetCode N皇后(51)

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题目二: image.png

解题思路:

首先来看一下皇后们的约束条件:

  1. 不能同行
  2. 不能同列
  3. 不能同斜线

确定完约束条件,来看看究竟要怎么去搜索皇后们的位置,其实搜索皇后的位置,可以抽象为一棵树。

下面我用一个 3 * 3 的棋盘,将搜索过程抽象为一棵树,如图:

51.N皇后

从图中,可以看出,二维矩阵中矩阵的高就是这棵树的高度,矩阵的宽就是树形结构中每一个节点的宽度。

那么我们用皇后们的约束条件,来回溯搜索这棵树,只要搜索到了树的叶子节点,说明就找到了皇后们的合理位置了

回溯三部曲

按照我总结的如下回溯模板,我们来依次分析:

var backtracking = (参数) => {
    if (终止条件) {
        存放结果;
        return;
    }
    for (选择:本层集合中元素(树中节点孩子的数量就是集合的大小)) {
        处理节点;
        backtracking(路径,选择列表); // 递归
        回溯,撤销处理结果
    }
}
  • 递归函数参数

依然是定义全局变量二维数组result来记录最终结果。

参数n是棋盘的大小,然后用row来记录当前遍历到棋盘的第几层了。

代码如下:

let result = [];
var backtracking = (n, row, chessboard) => {}
  • 递归终止条件

在如下树形结构中:

51.N皇后

可以看出,当递归到棋盘最底层(也就是叶子节点)的时候,就可以收集结果并返回了。

代码如下:

if (row == n) {
    result.push(chessboard);
    return;
}
  • 单层搜索的逻辑

递归深度就是row控制棋盘的行,每一层里for循环的col控制棋盘的列,一行一列,确定了放置皇后的位置。

每次都是要从新的一行的起始位置开始搜,所以都是从0开始。

代码如下:

for (let col = 0; col < n; col++) {
    if (isValid(row, col, chessboard, n)) { // 验证合法就可以放
        chessboard[row][col] = 'Q'; // 放置皇后
        backtracking(n, row + 1, chessboard);
        chessboard[row][col] = '.'; // 回溯,撤销皇后
    }
}
  • 验证棋盘是否合法

按照如下标准去重:

  1. 不能同行
  2. 不能同列
  3. 不能同斜线 (45度和135度角)

代码如下:

var isValid = (row, col, chessboard, n) => {
    // 检查列
    for (let i = 0; i < row; i++) { // 这是一个剪枝
        if (chessboard[i][col] == 'Q') {
            return false;
        }
    }
    // 检查 45度角是否有皇后
    for (let i = row - 1, j = col - 1; i >=0 && j >= 0; i--, j--) {
        if (chessboard[i][j] == 'Q') {
            return false;
        }
    }
    // 检查 135度角是否有皇后
    for(let i = row - 1, j = col + 1; i >= 0 && j < n; i--, j++) {
        if (chessboard[i][j] == 'Q') {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

在这份代码中,细心的同学可以发现为什么没有在同行进行检查呢?

因为在单层搜索的过程中,每一层递归,只会选for循环(也就是同一行)里的一个元素,所以不用去重了。

完整JS代码:

var solveNQueens = function(n) {
    function isValid(row, col, chessBoard, n) {
        // 检查列
        for(let i = 0; i < row; i++) {
            if(chessBoard[i][col] === 'Q') {
                return false
            }
        }
        // 检查 45度角是否有皇后
        for(let i = row - 1, j = col - 1; i >= 0 && j >= 0; i--, j--) {
            if(chessBoard[i][j] === 'Q') {
                return false
            }
        }
        // 检查 135度角是否有皇后
        for(let i = row - 1, j = col + 1; i >= 0 && j < n; i--, j++) {
            if(chessBoard[i][j] === 'Q') {
                return false
            }
        }
        return true
    }

    function transformChessBoard(chessBoard) {
        let chessBoardBack = []
        chessBoard.forEach(row => {
            let rowStr = ''
            row.forEach(value => {
                rowStr += value
            })
            chessBoardBack.push(rowStr)
        })

        return chessBoardBack
    }

    let result = []
    function backtracing(row,chessBoard) {
        if(row === n) {
            result.push(transformChessBoard(chessBoard))
            return
        }
        for(let col = 0; col < n; col++) {
            if(isValid(row, col, chessBoard, n)) {
                chessBoard[row][col] = 'Q'
                backtracing(row + 1,chessBoard)
                chessBoard[row][col] = '.'
            }
        }
    }
    let chessBoard = new Array(n).fill([]).map(() => new Array(n).fill('.'))
    backtracing(0,chessBoard)
    return result
    
};