浅谈回溯与深度优先搜索
搜索与回溯是计算机竞赛中常用的算法,当很多问题无法通过计算法则来求解时,便可以利用搜索和回溯的技术来求解。
回溯是搜索算法中的一种控制策略,它的基本思想是:为了求得问题的解,先选择一种可能的情况向前探索,如果在探索过程中发现原来的选择是错误的,就退回一步重新选择,如此反复进行,直到穷举出所有情况,可以证明该问题无解。
我相信很多人小时候都玩过“走迷宫”这样一个游戏:进入迷宫后,先随意选择一个可以走的地方前进,如果碰到死路,则说明前方无路可走,这时,如果周围还有没有路可以走,就继续选择一条路前进,否则就往后退一步,再看看周围有没有路可走……如此反复进行下去直到到达出口或退回起点为止。而走迷宫的这个过程,便是一个搜索与回溯。
如图所示,以深度优先的方式进行遍历,假设起点是1,访问顺序为1 -> 2 -> 4,由于结点4没有未访问的相邻结点,所以这里需要回溯到2,然后发现2还有未访问的相邻结点5,于是继续访问2 -> 5 -> 6 -> 3 -> 7,这时候7回溯到3,3回溯到6,6回溯到5,5回溯到2,最后2回溯到起点1,1已经没有未访问的结点了,搜索终止,图中圆圈代表路点,红色箭头表示搜索路径,蓝色虚线表示回溯路径。
讲完算法的原理,我们来讲讲怎么用代码实现:
int dfs(int k)
{
for (int i=1;i<=可能的总数;i++)
if (满足要求)
{
保存结果
if (到达目标) 输出解; else dfs(k+1);
回溯:变回最初的状态
}
}
因为递归调用需要使用系统栈并且系统栈的大小一般只有8M,所以当我们的搜索次数太多,函数的调用次数太多时,函数所使用的系统栈便会溢出(俗称“爆了”)。这时应该怎么办呢?
解决这种问题,一般有两种方案:剪枝和使用人工栈。
所谓剪枝,就是减少搜索的次数,如果已知继续走下去无法到达目标或无法得到最优解时,便不再继续往下搜索,退回一步。
接下来我们讲讲怎么使用人工栈
tot=1;
while (tot>0)
{
do
a[i]++;//这里我们定义a[i]为第i步的选择
while(不可行但可换);
if (不能换) tot--;//退后一步
else
if (未达到目标) tot++;//继续搜索
else 输出;
}
讲了这么多,还是来到例题吧!
洛谷 P1605 迷宫
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题目大意:
有N*M的迷宫,共有T处障碍,给定起点坐标和终点坐标,每个方格最多经过1次,问有多少种从起点坐标到终点坐标的方案。在迷宫中移动有上下左右四种方式,每次只能移动一个方格。数据保证起点上没有障碍。
输入格式
第一行N、M和T,N为行,M为列,T为障碍总数。第二行起点坐标SX,SY,终点
坐标FX,FY。接下来T行,每行为障碍点的坐标。
输出格式
给定起点坐标和终点坐标,问每个方格最多经过1次,从起点坐标到终点坐标的方案总数。
样例输入
2 2 1
1 1 2 2
1 2
样例输出
1
思路:
就跟我最开始讲的那样,不断搜索,如果到达终点,总方案数加一。因为每个格子只能走一次,所以每次到达一个格子就要标记一***意回溯时要取消标记。
下面贴上代码
#include <cstdio>
int map[20][20];//map表示可不可以走,所以既可以标记障碍物也可以标记有没有走过
int ans,n,m,t,x1,y1,x2,y2;
int a[4]={0,0,1,-1};//方向适量
int b[4]={1,-1,0,0};
void dfs(int x,int y)
{
for (int k=0;k<4;k++)
if (map[x+a[k]][y+b[k]]==0&&x+a[k]<=n&&x+a[k]>=1&&y+b[k]<=m&&y+b[k]>=1) //注意判越界。可以在最外层加障碍物,但我还是打的if语句
{
map[a[k]+x][b[k]+y]=1;
if (a[k]+x==x2&&b[k]+y==y2) ans++; else dfs(a[k]+x,b[k]+y);//到达目标就计数器加一,否则就继续走
map[a[k]+x][b[k]+y]=0;//注意取消标记
}
}
int main()
{
scanf("%d%d%d",&n,&m,&t);
scanf("%d%d%d%d",&x1,&y1,&x2,&y2);
for (int i=1;i<=t;i++)
{
int x,y;
scanf("%d%d",&x,&y);
map[x][y]=1;//标记障碍物
}
map[x1][y1]=1;//初始坐标已经到达
dfs(x1,y1);
printf("%d",ans);
return 0;
}