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C语言解决八皇后问题代码及解析

[日期:2018-12-05] 来源:Linux社区  作者:Linux [字体: ]

八皇后问题是一个古老而著名的问题。该问题是19世纪著名的数学家高斯1850年提出:在一个8*8国际象棋盘上,有8个皇后,每个皇后占一格;要求皇后之间不会出现相互“攻击”的现象,即不能有两个皇后处在同一行、同一列或同一对角线上。问共有多少种不同的方法?

回溯算法也叫试探法,它是一种搜索问题的解的方法。冋溯算法的基本思想是在一个包含所有解的解空间树中,按照深度优先的策略,从根结点出发搜索解空间树。算法搜索至解空间树的任意结点时,总是先判断该结点是否肯定不包含问题的解。如果肯定不包含,则跳过对以该结点为根的子树的系统搜索,逐层向其祖先结点回溯。否则,进入该子树,继续按深度优先的策略进行搜索。回溯法在用来求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有子树都已被搜索遍才结束。

八皇后问题有很多中解法,其中使用回溯法进行求解是其中一种。而回溯发也是最直接的一种解法,也较容易理解。

八皇后问题的回溯法算法,可以采用一维数组来进行处理。数组的下标i表示棋盘上的第i列,a[i]的值表示皇后在第i列所放的位置。例如,a[1]=5,表示在棋盘的第例的第五行放一个皇后。程序中首先假定a[1]=1,表示第一个皇后放在棋盘的第一列的第一行的位置上,然后试探第二列中皇后可能的位置,找到合适的位置后,再处理后续的各列,这样通过各列的反复试探,可以最终找出皇后的全部摆放方法。

八皇后问题可以使用回溯法进行求解,程序实现如下:

#include<stdio.h>

#define Queens 8  //定义结果数组的大小,也就是皇后的数目

int a[Queens+1];    //八皇后问题的皇后所在的行列位置,从1幵始算起,所以加1

int main(){
    int i, k, flag, not_finish=1, count=0;
    //正在处理的元素下标,表示前i-1个元素已符合要求,正在处理第i个元素
    i=1;
    a[1]=1;  //为数组的第一个元素赋初值

    printf("八皇后的可能配置是:\n");

    while(not_finish){  //not_finish=l:处理尚未结束
        while(not_finish && i<=Queens){  //处理尚未结束且还没处理到第Queens个元素
            for(flag=1,k=1; flag && k<i; k++) //判断是否有多个皇后在同一行
                if(a[k]==a[i])
                    flag=0;

            for (k=1; flag&&k<i; k++)  //判断是否有多个皇后在同一对角线
                if( (a[i]==a[k]-(k-i)) || (a[i]==a[k]+(k-i)) )
                    flag=0;

            if(!flag){  //若存在矛盾不满足要求,需要重新设置第i个元素
                if(a[i]==a[i-1]){  //若a[i]的值已经经过一圈追上a[i-1]的值
                    i--;  //退回一步,重新试探处理前一个元素

                    if(i>1 && a[i]==Queens)
                        a[i]=1;  //当a[i]为Queens时将a[i]的值置1
                    else
                        if(i==1 && a[i]==Queens)
                            not_finish=0;  //当第一位的值达到Queens时结束
                        else
                            a[i]++;  //将a[il的值取下一个值
                }else if(a[i] == Queens)
                    a[i]=1;
                else
                    a[i]++;  //将a[i]的值取下一个值
            }else if(++i<=Queens)
                if(a[i-1] == Queens )
                    a[i]=1;  //若前一个元素的值为Queens则a[i]=l
                else
                    a[i] = a[i-1]+1;  //否则元素的值为前一个元素的下一个值
        }

        if(not_finish){
            ++count;
            printf((count-1)%3 ? "\t[%2d]:" : "\n[%2d]:", count);

            for(k=1; k<=Queens; k++) //输出结果
                printf(" %d", a[k]);   
            if(a[Queens-1]<Queens )
                a[Queens-1]++;  //修改倒数第二位的值
            else
                a[Queens-1]=1;

            i=Queens -1;    //开始寻找下一个满足条件的解
        }
    }
}

输出结果:

八皇后的可能配置是:

[ 1]: 1 5 8 6 3 7 2 4 [ 2]: 1 6 8 3 7 4 2 5 [ 3]: 1 7 4 6 8 2 5 3
[ 4]: 1 7 5 8 2 4 6 3 [ 5]: 2 4 6 8 3 1 7 5 [ 6]: 2 5 7 1 3 8 6 4
[ 7]: 2 5 7 4 1 8 6 3 [ 8]: 2 6 8 3 1 4 7 5 [ 9]: 2 6 1 7 4 8 3 5
[10]: 2 7 3 6 8 5 1 4 [11]: 2 7 5 8 1 4 6 3 [12]: 2 8 6 1 3 5 7 4
[13]: 3 5 7 1 4 2 8 6 [14]: 3 5 8 4 1 7 2 6 [15]: 3 5 2 8 1 7 4 6
[16]: 3 5 2 8 6 4 7 1 [17]: 3 6 8 1 4 7 5 2 [18]: 3 6 8 1 5 7 2 4
[19]: 3 6 8 2 4 1 7 5 [20]: 3 6 2 5 8 1 7 4 [21]: 3 6 2 7 1 4 8 5
[22]: 3 6 2 7 5 1 8 4 [23]: 3 6 4 1 8 5 7 2 [24]: 3 6 4 2 8 5 7 1
[25]: 3 7 2 8 5 1 4 6 [26]: 3 7 2 8 6 4 1 5 [27]: 3 8 4 7 1 6 2 5
[28]: 3 1 7 5 8 2 4 6 [29]: 4 6 8 2 7 1 3 5 [30]: 4 6 8 3 1 7 5 2
[31]: 4 6 1 5 2 8 3 7 [32]: 4 7 1 8 5 2 6 3 [33]: 4 7 3 8 2 5 1 6
[34]: 4 7 5 2 6 1 3 8 [35]: 4 7 5 3 1 6 8 2 [36]: 4 8 1 3 6 2 7 5
[37]: 4 8 1 5 7 2 6 3 [38]: 4 8 5 3 1 7 2 6 [39]: 4 1 5 8 2 7 3 6
[40]: 4 1 5 8 6 3 7 2 [41]: 4 2 5 8 6 1 3 7 [42]: 4 2 7 3 6 8 1 5
[43]: 4 2 7 3 6 8 5 1 [44]: 4 2 7 5 1 8 6 3 [45]: 4 2 8 5 7 1 3 6
[46]: 4 2 8 6 1 3 5 7 [47]: 5 7 1 3 8 6 4 2 [48]: 5 7 1 4 2 8 6 3
[49]: 5 7 2 4 8 1 3 6 [50]: 5 7 2 6 3 1 4 8 [51]: 5 7 2 6 3 1 8 4
[52]: 5 7 4 1 3 8 6 2 [53]: 5 8 4 1 3 6 2 7 [54]: 5 8 4 1 7 2 6 3
[55]: 5 1 4 6 8 2 7 3 [56]: 5 1 8 4 2 7 3 6 [57]: 5 1 8 6 3 7 2 4
[58]: 5 2 4 6 8 3 1 7 [59]: 5 2 4 7 3 8 6 1 [60]: 5 2 6 1 7 4 8 3
[61]: 5 2 8 1 4 7 3 6 [62]: 5 3 8 4 7 1 6 2 [63]: 5 3 1 6 8 2 4 7
[64]: 5 3 1 7 2 8 6 4 [65]: 6 8 2 4 1 7 5 3 [66]: 6 1 5 2 8 3 7 4
[67]: 6 2 7 1 3 5 8 4 [68]: 6 2 7 1 4 8 5 3 [69]: 6 3 5 7 1 4 2 8
[70]: 6 3 5 8 1 4 2 7 [71]: 6 3 7 2 4 8 1 5 [72]: 6 3 7 2 8 5 1 4
[73]: 6 3 7 4 1 8 2 5 [74]: 6 3 1 7 5 8 2 4 [75]: 6 3 1 8 4 2 7 5
[76]: 6 3 1 8 5 2 4 7 [77]: 6 4 7 1 3 5 2 8 [78]: 6 4 7 1 8 2 5 3
[79]: 6 4 1 5 8 2 7 3 [80]: 6 4 2 8 5 7 1 3 [81]: 7 1 3 8 6 4 2 5
[82]: 7 2 4 1 8 5 3 6 [83]: 7 2 6 3 1 4 8 5 [84]: 7 3 8 2 5 1 6 4
[85]: 7 3 1 6 8 5 2 4 [86]: 7 4 2 5 8 1 3 6 [87]: 7 4 2 8 6 1 3 5
[88]: 7 5 3 1 6 8 2 4 [89]: 8 2 4 1 7 5 3 6 [90]: 8 2 5 3 1 7 4 6

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