深度优先搜索与回溯算法ppt课件.ppt

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1、深度优先搜索与回溯算法,回溯是计算机解题中常用的算法，很多问题无法根据某种确定的计算法则来求解，可以利用搜索与回溯的技术求解。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，先选择某一种可能情况向前探索，在探索过程中，一旦发现原来的选择是错误的，就退回一步重新选择，继续向前探索，如此反复进行，直至得到解或证明无解。 如迷宫问题：进入迷宫后，先随意选择一个前进方向，一步步向前试探前进,如果碰到死胡同，说明前进方向已无路可走，这时，首先看其它方向是否还有路可走，如果有路可走，则沿该方向再向前试探；如果已无路可走，则返回一步，再看其它方向是否还有路可走；如果有路可走，则沿该方向再向

2、前试探。按此原则不断搜索回溯再搜索，直到找到新的出路或从原路返回入口处无解为止。,回溯法算法框架Procedure dfs( s ) /访问状态sBegin if 边界 then begin 判断是否为目标状态；exit; end; for i：= 状态变换规则数 beginsi = s + 规则I保存局面dfs（si）还原局面 end；End;,【例1】设有n个整数的集合1,2,n，从中取出任意r个数（rn），试列出所有的可能的情况。例如1,2,3 ，r=2。那么有3种可能，（1,2），（1,3），（2,3）,【例2】任何一个大于1的自然数n，总可以拆分成若干个小于n的自然数之和。当n=7共

3、14种拆分方法：7=1+1+1+1+1+1+17=1+1+1+1+1+27=1+1+1+1+37=1+1+1+2+27=1+1+1+47=1+1+2+37=1+1+57=1+2+2+27=1+2+47=1+3+37=1+67=2+2+37=2+57=3+4total=14,【例3】素数环:从1到n（=20）这n个数摆成一个环，要求相邻的两个数的和是一个素数。【算法分析】 非常明显，这是一道回溯的题目。从1开始，每个空位有20种可能，只要填进去的数合法：与前面的数不相同；与左边相邻的数的和是一个素数。第20个数还要判断和第1个数的和是否素数。,【例4】八皇后问题：要在国际象棋棋盘中放八个皇后，使

4、任意两个皇后都不能互相吃。（提示：皇后能吃同一行、同一列、同一对角线的任意棋子。）,【例5】马的遍历 中国象棋半张棋盘如图4（a）所示。马自左下角往右上角跳。今规定只许往右跳，不许往左跳。比如图4（a）中所示为一种跳行路线，并将所经路线打印出来。打印格式为：0,0-2,1-3,3-1,4-3,5-2,7-4,8,【例6】数的划分(NOIP2001)【问题描述】 将整数n分成k份，且每份不能为空，任意两种分法不能相同(不考虑顺序)。例如:n=7,k=3,下面三种分法被认为是相同的。 1，1，5； 1，5，1； 5，1，1；问有多少种不同的分法。【输入格式】 n,k (6n200，2k6)【输出格

5、式】 一个整数，即不同的分法。【输入样例】 7 3【输出样例】 4 4种分法为：1,1,5；1,2,4；1,3,3; 2,2,3 说明部分不必输出 ,【例7】跳马问题。在5*5格的棋盘上，有一只中国象棋的马，从（1,1）点出发，按日字跳马，它可以朝8个方向跳，但不允许出界或跳到已跳过的格子上，要求在跳遍整个棋盘。输出前5个方案及总方案数。输出格式示例：1 16 21 10 2520 11 24 15 2217 2 19 6 912 7 4 23 143 18 13 8 5,【课堂练习】,1、输出自然数1到n所有不重复的排列，即n的全排列。【参考过程】 int Search(int i) Int

6、 j; for (j=1;j=n;j+) if (bj) ai=j; bj=false; if (In) Search(i+1); else print(); bj=true; ,2、找出n个自然数(1,2,3,n)中r个数的组合。例如，当n=,r=3时，所有组合为：1 2 31 2 41 2 51 3 41 3 51 4 52 3 42 3 52 4 53 4 5total=10 /组合的总数【分析】：设在b1,b2,bi-1中已固定地取了某一组值且bi-1=k的前提下，过程Search(i,k)能够列出所有可能的组合。由于此时bi只能取k+1至n-r+i，对j=k+1,k+2,n-r+i，

7、使bi:=j，再调用过程Search(i+1,j)，形成递归调用。直至i的值大于r时，就可以在b中构成一种组合并输出。,3、输出字母a、b、c、d，4个元素全排列的每一种排列。4、显示从前m个大写英文字母中取n个不同字母的所有种排列。5、有A、B、C、D、E五本书，要分给张、王、刘、赵、钱五位同学，每人只能选一本，事先让每人把自已喜爱的书填于下表，编程找出让每人都满意的所有方案。,【答案】四种方案张 王 刘 赵 钱 C A B D E D A C B E D B C A E D E C A B,6、有红球4个，白球3个，黄球3个，将它们排成一排共有多少种排法？【分析】：可以用回溯法来生成所有的

8、排法。用数组b1.3表示尚未排列的这3种颜色球的个数。设共有I-1个球已参加排列，用子程序Search(i)生成由第I个位置开始的以后n-I+1位置上的各种排列。对于第I个位置，我们对3种颜色的球逐一试探，看每种颜色是否还有未加入排序的球。若有，则选取一个放在第I个位置上，且将这种球所剩的个数减1，然后调用Search(I+1),直至形成一种排列后出。对第I个位置上的所有颜色全部试探完后，则回溯至前一位置。,【上机练习】,1、全排列问题(Form.cpp)【问题描述】 输出自然数1到n所有不重复的排列，即n的全排列，要求所产生的任一数字序列中不允许出现重复的数字。【输入格式】 n(1n9)【输

9、出格式】 由1n组成的所有不重复的数字序列，每行一个序列。【输入样例】Form.in 3【输出样例】Form.out1 2 31 3 22 1 32 3 13 1 23 2 1,2、组合的输出(Compages.cpp)【问题描述】 排列与组合是常用的数学方法，其中组合就是从n个元素中抽出r个元素(不分顺序且rn)，我们可以简单地将n个元素理解为自然数1，2，n，从中任取r个数。 现要求你用递归的方法输出所有组合。 例如n5，r3，所有组合为： l 2 3 l 2 4 1 2 5 l 3 4 l 3 5 1 4 5 2 3 4 2 3 5 2 4 5 3 4 5【输入】 一行两个自然数n、r(

10、1n21，1rn)。【输出】 所有的组合，每一个组合占一行且其中的元素按由小到大的顺序排列，每个元素占三个字符的位置，所有的组合也按字典顺序。【样例】compages.in compages.out5 3 1 2 3 1 2 4 1 2 5 1 3 4 1 3 5 1 4 5 2 3 4 2 3 5 2 4 5 3 4 5,3、N皇后问题(Queen.cpp)【问题描述】在N*N的棋盘上放置N个皇后（n=10）而彼此不受攻击（即在棋盘的任一行，任一列和任一对角线上不能放置2个皇后），编程求解所有的摆放方法。,八皇后的两组解,【输入格式】 输入：n【输出格式】每行输出一种方案，每种方案顺序输出皇

11、后所在的列号，各个数之间有空格隔开。若无方案，则输出no solute!【输入样例】Queen.in 4【输出样例】Queen.out2 4 1 33 1 4 2,4、有重复元素的排列问题【问题描述】 设R= r1, r2 , , rn是要进行排列的n个元素。其中元素r1, r2 , , rn可能相同。试设计一个算法，列出R的所有不同排列。【编程任务】 给定n 以及待排列的n 个元素。计算出这n 个元素的所有不同排列。【输入格式】 由perm.in输入数据。文件的第1 行是元素个数n，1n500。接下来的1 行是待排列的n个元素。【输出格式】 计算出的n个元素的所有不同排列输出到文件perm.

12、out中。文件最后1行中的数是排列总数。【输入样例】4aacc【输出样例】多解aaccacacaccacaaccacaccaa6,5、子集和问题【问题描述】 子集和问题的一个实例为S,t。其中，S= x1， x2， xn是一个正整数的集合，c是一个正整数。子集和问题判定是否存在S的一个子集S1，使得子集S1和等于c。【编程任务】 对于给定的正整数的集合S= x1， x2， xn和正整数c，编程计算S 的一个子集S1，使得子集S1和等于c。【输入格式】 由文件subsum.in提供输入数据。文件第1行有2个正整数n和c，n表示S的个数，c是子集和的目标值。接下来的1 行中，有n个正整数，表示集合

13、S中的元素。【输出格式】 程序运行结束时，将子集和问题的解输出到文件subsum.out中。当问题无解时，输出“No solution!”。【输入样例】5 102 2 6 5 4【输出样例】2 2 6,6、工作分配问题【问题描述】 设有n件工作分配给n个人。将工作i分配给第j个人所需的费用为cij。试设计一个算法，为每一个人都分配一件不同的工作，并使总费用达到最小。【编程任务】 设计一个算法，对于给定的工作费用，计算最佳工作分配方案，使总费用达到最小。【输入格式】 由文件job.in给出输入数据。第一行有1个正整数n (1n20)。接下来的n行，每行n个数，第i行表示第i个人各项工作费用。【输

14、出格式】 将计算出的最小总费用输出到文件job.out。【输入样例】34 2 52 3 63 4 5【输出样例】9,7、装载问题【问题描述】 有一批共n个集装箱要装上艘载重量为c的轮船，其中集装箱i的重量为wi。找出一种最优装载方案，将轮船尽可能装满，即在装载体积不受限制的情况下，将尽可能重的集装箱装上轮船。【输入格式】 由文件load.in给出输入数据。第一行有2个正整数n和c。n是集装箱数，c是轮船的载重量。接下来的1行中有n个正整数，表示集装箱的重量。【输出格式】 将计算出的最大装载重量输出到文件load.out。【输入样例】5 107 2 6 5 4【输出样例】 10,8、字符序列(c

15、haracts)【问题描述】从三个元素的集合A，B，C中选取元素生成一个N个字符组成的序列，使得没有两个相邻字的子序列（子序列长度=2）相同。例：N = 5时ABCBA是合格的，而序列ABCBC与ABABC是不合格的，因为其中子序列BC，AB是相同的。对于由键盘输入的N(1=N=12)，求出满足条件的N个字符的所有序列和其总数。【输入样例】4【输出样例】72,9、试卷批分(grade)【问题描述】某学校进行了一次英语考试，共有10道是非题，每题为10分，解答用1表示“是”，用0表示“非”的方式。但老师批完卷后，发现漏批了一张试卷，而且标准答案也丢失了，手头只剩下了3张标有分数的试卷。试卷一：

16、0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 得分：70试卷二： 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 得分：50试卷三： 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 得分：30待批试卷： 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 得分：？【问题求解】：请编一程序依据这三张试卷，算出漏批的那张试卷的分数。,10、迷宫问题(migong)【问题描述】设有一个N*N(2=N10)方格的迷宫，入口和出口分别在左上角和右上角。迷宫格子中分别放0和1，0表示可通，1表示不能，入口和出口处肯定是0。迷宫走的规则如下所示：即从某点开始，有八个方向可走，前进方格中数字为0时表示可通过，为1时表示不可通过，要另找路径。找

17、出所有从入口（左上角）到出口（右上角）的路径(不能重复)，输出路径总数，如果无法到达，则输出0。【输入样例】 30 0 00 1 11 0 0【输出样例】2 /路径总数,11、部落卫队【问题描述】 原始部落byteland中的居民们为了争夺有限的资源，经常发生冲突。几乎每个居民都有他的仇敌。部落酋长为了组织一支保卫部落的队伍，希望从部落的居民中选出最多的居民入伍，并保证队伍中任何2 个人都不是仇敌。【编程任务】 给定byteland部落中居民间的仇敌关系，编程计算组成部落卫队的最佳方案。【输入格式】第1行有2个正整数n和m，表示byteland部落中有n个居民，居民间有m个仇敌关系。居民编号为

18、1，2，n。接下来的m行中，每行有2个正整数u和v，表示居民u与居民v是仇敌。【输出格式】第1行是部落卫队的顶人数；文件的第2行是卫队组成x i，1in，xi =0 表示居民i不在卫队中，xi=1表示居民i在卫队中。【输入样例】7 101 21 42 42 32 52 63 53 64 55 6,【输出样例】31 0 1 0 0 0 1,12、最佳调度问题【问题描述】 假设有n个任务由k个可并行工作的机器完成。完成任务i需要的时间为ti。试设计一个算法找出完成这n个任务的最佳调度，使得完成全部任务的时间最早。【编程任务】 对任意给定的整数n和k，以及完成任务i需要的时间为ti，i=1n。编程计

19、算完成这n个任务的最佳调度。【输入格式】 由文件machine.in给出输入数据。第一行有2 个正整数n和k。第2 行的n个正整数是完成n个任务需要的时间。【输出格式】 将计算出的完成全部任务的最早时间输出到文件machine.out。【输入样例】7 32 14 4 16 6 5 3【输出样例】 17,13、图的m着色问题【问题描述】 给定无向连通图G和m种不同的颜色。用这些颜色为图G的各顶点着色，每个顶点着一种颜色。如果有一种着色法使G中每条边的2个顶点着不同颜色，则称这个图是m可着色的。图的m着色问题是对于给定图G和m种颜色，找出所有不同的着色法。【编程任务】 对于给定的无向连通图G和m种不同的颜色，编程计算图的所有不同的着色法。【输入格式】 文件color.in输入数据。第1行有3个正整数n，k 和m，表示给定的图G有n个顶点和k条边，m种颜色。顶点编号为1，2，n。接下来的k行中，每行有2个正整数u,v，表示图G 的一条边(u,v)。【输出格式】 程序运行结束时，将计算出的不同的着色方案数输出到文件color.out中。【输入样例】5 8 41 21 31 42 32 42 53 44 5【输出样例】48,