马踏棋盘之贪心算法优化

≡放荡痞女 提交于 2020-07-27 09:59:07

问题描述:

曾经用简单的深度优先搜索方法、递归的形式对马踏棋盘进行搜索,运行效率不甚理想。(博客见马踏棋盘之递归实现)。

所以现在用贪心算法将其优化了一下。



问题解析:

主要的思想没有变,还是用深度优先搜索,只是在选下一个结点的时候做了贪心算法优化,其思路如下:

从起始点开始,根据“马”的走法,它的下一步的可选择数是有0—8个的。

我们知道,当下一步的可选择数为0的时候,进行回溯。当下一步的可选择数有1个的时候,我们直接取那一步就行了。但是如果下一步的可选择数有多个的时候呢?

在上一篇博客中,我们是任意取一个的,只要它在棋盘内,且未遍历就可以了。

但其实我们怎么选下一步,对搜索的效率影响是非常大的!



先介绍一下“贪心算法”。百科里面的定义是:贪心算法(又称贪婪算法),是指在对问题求解时,总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说,不从整体最优上加以考虑,他所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。它只考虑局部的最优,从而让总体也最优。就我们这个马踏棋盘来说,我们每走一步都取最优的那个选择,从而让整体的算法也最优。



但是我们选择下一步的时候(假设有a、b、c、d四个点可以选择),怎样选才算是最优呢?

答案是:哪一个选择的下一步少,就选哪一个。

我们选择a、b、c、d之中的某一个点作为下一步,选哪个比较好,就看哪个点的后续下一步比较少。假如我们选了a,马走到a点后的下一步有3个选择;而如果选了b后的下一步有2个;c有1个,d有2个。那么我们的最优选择是:c点!



为什么要这样选呢?网上的解释是:“选择最难走的路,才能走的远”呜。。。好像太抽象了。

我的理解是:有些选择的后续下一步很少,例如c点,如果不先遍历它的话以后可能会很难遍历到它。

甚至极端一点的情况是,如果现在不遍历它(假设c点),以后都遍历不到了。遍历不成功的时候只能回溯,一直回溯到此刻的点,然后选了c点以后才能完成,这就浪费了大量的时间。





下面放出所有代码,详细的解释后面再补上:



#include<stdio.h>
#define H 3		///////////代表对下一步的排序只取出最小的3个,而不是对8个都排序,这样可以节省很多时间

int fx[8] = {-2,-1,1,2,2,1,-1,-2},fy[8] = {1,2,2,1,-1,-2,-2,-1},f[8] = {-15,-6,10,17,15,6,-10,-17};//////////fx[]和fy[]表示马下一步的二维的八个方向,给二维坐标x和y用;f[]表示一维的,给数组a用。
int dep = 1;						////////////////////dep为递归的深度,代表在当前位置马已经走了多少步
int count,z = 0,zz  = 0;			///////////////////////count表示目标要多少种解法,而z计算当前算出了多少种解法,zz记录在运算中回溯的次数
int out[50001][8][8],F[8],a[64];				//////////out[][][]记录所有的遍历路径,a[]用一维数组记录8*8棋盘中马的遍历路径

/*
 *Sorint()函数对点n的下一步进行“后续下一步可选择数”的排序,结果保存在b[][]里面
 *c表示前驱结点在结点n的哪个位置。
 */
void Sorting(int b[64][H],int n,int c)
{
	int i,j,x,y,m1,m2,k,k1,l=1;
	if(c!=-1)
		c=(c+8-4)%8;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		F[i]=-1;
		m1=n+f[i];
		x=n/8+fx[i];
		y=n%8+fy[i];
		if(c!=i && x>=0 && x<8 && y>=0 && y<8 && a[m1]==0)
		{
			F[i]++;
			for(j=0;j<8;j++)
			{
				m2=m1+f[j];
				x+=fx[j];
				y+=fy[j];
				if(x>=0 && x<8 && y>=0 && y<8 && a[m2]==0)
					F[i]++;
			}
		}
	}
	b[n][0]=-1;
	for(i=1;i<H;i++)
	{
		k=9;
		for(j=0;j<8;j++)
		{
			if(F[j]>-1 && F[j]<k)
			{
				k=F[j];k1=j;
			}
		}
		if(k<9)
		{
			b[n][l++]=k1;
			F[k1]=-1;
			b[n][0]=1;
		}
		else
		{
			b[n][l++]=-1;
			break;
		}
	}
}

//输入起始坐标,对存放遍历路径的数组a进行初始化
int Prepare()
{
	int i,j,n;
	printf("请输入起始点的坐标:\n");
	printf("x=");
	scanf("%d",&i);
	printf("\by=");
	scanf("%d",&j);
	printf("你要的解的数目count=");
	scanf("%d",&count);
	n = i*8+j-9;				//将起始点的二维坐标x、y转化成一维坐标n,从而方便数组a[64]的路径记录
	for(i = 0;i < 64;i++)		//a[64]存放在8*8方格中马的遍历路径,搜索之前先进行清零初始化
		a[i] = 0;
	a[n] = 1;
	return n;
}

//搜索遍历路径
void Running(int n)
{
	int i,j,k;
	int b[64][H],s[64];			///////////b[][]用来存放下一步的所有后续结点排序
	s[0] = n;
	Sorting(b,n,-1);
	while(dep >= 0)
	{
		k = b[n][b[n][0]];
		if(b[n][0] != -1 && b[n][0] < H && k != -1)
		{
			b[n][0]++;
			n += f[k];
			Sorting(b,n,k);
			a[n] = ++dep;
			s[dep-1] = n;
			if(dep == 64)
			{
				for(i = 0;i < 8;i++)
					for(j = 0;j < 8;j++)
						out[z][i][j] = a[i*8+j];
				z++;
				if(z == count)
				{
					printf("\n完成!!\n");
					printf("回溯的次数:%d\n",zz);
					break;
				}
			}
		}
		else
		{
			dep--;
			zz++;
			a[n] = 0;
			n = s[dep-1];
		}
	}
}

//输出所有的遍历路径
void Output()
{
	int i,j,k;
	printf("\n\n输入'1'展示详细遍历,输入'0'退出程序:");
	scanf("%d",&count);
	if(count)
	{
		for(i = 0;i < z;i++)
		{
			printf("\n\n\n第%d个解:\n",i+1);
			for(j = 0;j < 8;j++)
			{
				for(k = 0;k < 8;k++)
					printf("%3d",out[i][j][k]);
				printf("\n");
			}
		}
	}
}

void main()
{
	int n;
	n = Prepare();
	Running(n);
	Output();
}
运行结果:







测试了一下:50000条路径,耗时17秒!!!效率比普通的深度优先搜索不知道高了多少倍!





备注:

以上代码是四个月前写的,现在才整理出来。打击很大,当初不注意代码的格式和备注,现在看自己写的代码看到头晕脑炸,自食其果!以后必须注重写代码的风格,注意写上必须的备注,连自己写的代码的看不懂,真真可笑。一直看了好久终于看明白各个函数 各个变量的作用了,也改了一些格式,写了一些备注,到现在正的看不下去了。先把文章放出来,缓一阵再回来完善。







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