回溯算法

小鱼儿 2022-08-01 13:43 276阅读 0赞

引自:http://www.cnblogs.com/steven\_oyj/archive/2010/05/22/1741376.html

作者写的通俗易懂,学习。

1、概念

  1. 回溯算法实际上一个类似枚举的搜索尝试过程,主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解,当发现已不满足求解条件时,就“回溯”返回,尝试别的路径。

回溯法是一种选优搜索法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的技术为回溯法,而满足回溯条件的某个状态的点称为“回溯点”。

  1. 许多**复杂的,规模较大**的问题都可以使用回溯法,有“通用解题方法”的美称。

2、基本思想

在包含问题的所有解的解空间树中,按照深度优先搜索的策略,从根结点出发深度探索解空间树。当探索到某一结点时,要先判断该结点是否包含问题的解,如果包含,就从该结点出发继续探索下去,如果该结点不包含问题的解,则逐层向其祖先结点回溯。(其实回溯法就是对隐式图的深度优先搜索算法)。

  1. 若用回溯法求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有可行的子树都要已被搜索遍才结束。
  2. 而若使用回溯法求任一个解时,只要搜索到问题的一个解就可以结束。
  3. [八皇后问题][Link 1]就是回溯算法的典型,第一步按照顺序放一个皇后,然后第二步符合要求放第2个皇后,如果没有位置符合要求,那么就要改变第一个皇后的位置,重新放第2个皇后的位置,直到找到符合条件的位置就可以了。回溯在迷宫搜索中使用很常见,就是这条路走不通,然后返回前一个路口,继续下一条路。回溯算法说白了就是穷举法。不过回溯算法使用剪枝函数,剪去一些不可能到达 最终状态(即答案状态)的[节点][Link 2],从而减少状态空间树节点的生成。[回溯法][Link 3]是一个既带有系统性又带有跳跃性的的[搜索算法][Link 4]。它在包含问题的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一结点时,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。

3、用回溯法解题的一般步骤:

  1. 1)针对所给问题,确定问题的解空间:
  2. 首先应明确定义问题的解空间,问题的解空间应至少包含问题的一个(最优)解。
  3. 2)确定结点的扩展搜索规则,使得能用回溯法方便地搜索整个解空间。
  4. 3)以深度优先方式搜索解空间,并在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索。

问题的解空间通常是在搜索问题解的过程中动态产生的,这是回溯算法的一个重要特性。

4、算法框架

  1. 1)问题框架
  2. 设问题的解是一个n维向量(a1,a2,………,an),约束条件是ai(i=1,2,3,…..,n)之间满足某种条件,记为f(ai)。
  3. 2)非递归回溯框架
  4. int a[n],i;
  5. 初始化数组a[];
  6. i = 1;
  7. while (i>0(有路可走) and (未达到目标)) // 还未回溯到头
  8. {
  9. if(i > n) // 搜索到叶结点
  10. {
  11. 搜索到一个解,输出;
  12. }
  13. else // 处理第i个元素
  14. {
  15. a[i]第一个可能的值;
  16. while(a[i]在不满足约束条件且在搜索空间内)
  17. {
  18. a[i]下一个可能的值;
  19. }
  20. if(a[i]在搜索空间内)
  21. {
  22. 标识占用的资源;
  23. i = i+1; // 扩展下一个结点
  24. }
  25. else
  26. {
  27. 清理所占的状态空间; // 回溯
  28. i = i 1;
  29. }
  30. }

3)递归的算法框架

  1. 回溯法是对解空间的深度优先搜索,在一般情况下使用递归函数来实现回溯法比较简单,其中i为搜索的深度,框架如下:
  2. int a[n];
  3. try(int i)
  4. {
  5. if(i>n)
  6. 输出结果;
  7. else
  8. {
  9. for(j = 下界; j <= 上界; j=j+1) // 枚举i所有可能的路径
  10. {
  11. if(fun(j)) // 满足限界函数和约束条件
  12. {
  13. a[i] = j;
  14. ... // 其他操作
  15. try(i+1);
  16. 回溯前的清理工作(如a[i]置空值等);
  17. }
  18. }
  19. }
  20. }

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