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@ -3430,29 +3430,29 @@
<p class="admonition-title">Question</p>
<p>根据国际象棋的规则,皇后可以攻击与之处在同一行或同一列或同一斜线上的棋子。给定 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个皇后和一个 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的棋盘,寻找使得所有皇后之间无法相互攻击的摆放方案。</p>
</div>
<p>图所示,当 <span class="arithmatex">\(n = 4\)</span> 时,共可以找到两个解。从回溯算法的角度看,<span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的棋盘共有 <span class="arithmatex">\(n^2\)</span> 个格子,给出了所有的选择 <code>choices</code> 。在逐个放置皇后的过程中,棋盘状态在不断地变化,每个时刻的棋盘就是状态 <code>state</code></p>
<p>如图 13-15 所示,当 <span class="arithmatex">\(n = 4\)</span> 时,共可以找到两个解。从回溯算法的角度看,<span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的棋盘共有 <span class="arithmatex">\(n^2\)</span> 个格子,给出了所有的选择 <code>choices</code> 。在逐个放置皇后的过程中,棋盘状态在不断地变化,每个时刻的棋盘就是状态 <code>state</code></p>
<p><img alt="4 皇后问题的解" src="../n_queens_problem.assets/solution_4_queens.png" /></p>
<p align="center">4 皇后问题的解 </p>
<p align="center"> 13-15 &nbsp; 4 皇后问题的解 </p>
<p>图展示了本题的三个约束条件:<strong>多个皇后不能在同一行、同一列、同一对角线</strong>。值得注意的是,对角线分为主对角线 <code>\</code> 和次对角线 <code>/</code> 两种。</p>
<p> 13-16 展示了本题的三个约束条件:<strong>多个皇后不能在同一行、同一列、同一对角线</strong>。值得注意的是,对角线分为主对角线 <code>\</code> 和次对角线 <code>/</code> 两种。</p>
<p><img alt="n 皇后问题的约束条件" src="../n_queens_problem.assets/n_queens_constraints.png" /></p>
<p align="center">n 皇后问题的约束条件 </p>
<p align="center"> 13-16 &nbsp; n 皇后问题的约束条件 </p>
<h3 id="1">1. &nbsp; 逐行放置策略<a class="headerlink" href="#1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>皇后的数量和棋盘的行数都为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,因此我们容易得到一个推论:<strong>棋盘每行都允许且只允许放置一个皇后</strong></p>
<p>也就是说,我们可以采取逐行放置策略:从第一行开始,在每行放置一个皇后,直至最后一行结束。</p>
<p>图所示,为 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 皇后问题的逐行放置过程。受画幅限制,图仅展开了第一行的其中一个搜索分支,并且将不满足列约束和对角线约束的方案都进行了剪枝。</p>
<p>如图 13-17 所示,为 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 皇后问题的逐行放置过程。受画幅限制,图 13-17 仅展开了第一行的其中一个搜索分支,并且将不满足列约束和对角线约束的方案都进行了剪枝。</p>
<p><img alt="逐行放置策略" src="../n_queens_problem.assets/n_queens_placing.png" /></p>
<p align="center">逐行放置策略 </p>
<p align="center"> 13-17 &nbsp; 逐行放置策略 </p>
<p>本质上看,<strong>逐行放置策略起到了剪枝的作用</strong>,它避免了同一行出现多个皇后的所有搜索分支。</p>
<h3 id="2">2. &nbsp; 列与对角线剪枝<a class="headerlink" href="#2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>为了满足列约束,我们可以利用一个长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的布尔型数组 <code>cols</code> 记录每一列是否有皇后。在每次决定放置前,我们通过 <code>cols</code> 将已有皇后的列进行剪枝,并在回溯中动态更新 <code>cols</code> 的状态。</p>
<p>那么,如何处理对角线约束呢?设棋盘中某个格子的行列索引为 <span class="arithmatex">\((row, col)\)</span> ,选定矩阵中的某条主对角线,我们发现该对角线上所有格子的行索引减列索引都相等,<strong>即对角线上所有格子的 <span class="arithmatex">\(row - col\)</span> 为恒定值</strong></p>
<p>也就是说,如果两个格子满足 <span class="arithmatex">\(row_1 - col_1 = row_2 - col_2\)</span> ,则它们一定处在同一条主对角线上。利用该规律,我们可以借助图所示的数组 <code>diag1</code> ,记录每条主对角线上是否有皇后。</p>
<p>也就是说,如果两个格子满足 <span class="arithmatex">\(row_1 - col_1 = row_2 - col_2\)</span> ,则它们一定处在同一条主对角线上。利用该规律,我们可以借助图 13-18 所示的数组 <code>diag1</code> ,记录每条主对角线上是否有皇后。</p>
<p>同理,<strong>次对角线上的所有格子的 <span class="arithmatex">\(row + col\)</span> 是恒定值</strong>。我们同样也可以借助数组 <code>diag2</code> 来处理次对角线约束。</p>
<p><img alt="处理列约束和对角线约束" src="../n_queens_problem.assets/n_queens_cols_diagonals.png" /></p>
<p align="center">处理列约束和对角线约束 </p>
<p align="center"> 13-18 &nbsp; 处理列约束和对角线约束 </p>
<h3 id="3">3. &nbsp; 代码实现<a class="headerlink" href="#3" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>请注意,<span class="arithmatex">\(n\)</span> 维方阵中 <span class="arithmatex">\(row - col\)</span> 的范围是 <span class="arithmatex">\([-n + 1, n - 1]\)</span> <span class="arithmatex">\(row + col\)</span> 的范围是 <span class="arithmatex">\([0, 2n - 2]\)</span> ,所以主对角线和次对角线的数量都为 <span class="arithmatex">\(2n - 1\)</span> ,即数组 <code>diag1</code><code>diag2</code> 的长度都为 <span class="arithmatex">\(2n - 1\)</span></p>