回溯算法
回溯算法详解
回溯算法详解
回溯算法是一种经典问题求解方法，通常被应用于在候选解的搜索空间中，通过深度优先搜索的方式找到所有可行解的问题。
回溯算法的本质是对一棵树的深度优先遍历，因此也被称为树形搜索算法。
回溯算法的基本思想是逐步构建候选解，并试图将其扩展为一个完整的解。
当无法继续扩展解时，则回溯到上一步并尝试其他的扩展，直到找到所有可行的解为止。
在回溯算法中，通常会维护一个状态向量，用于记录当前已经构建的解的情况。
通常情况下，状态向量的长度等于问题的规模。
在搜索过程中，我们尝试在状态向量中改变一个或多个元素，并检查修改后的状态是否合法。
如果合法，则继续搜索；如果不合法，则放弃当前修改并回溯到上一步。
在实际应用中，回溯算法通常用来解决以下类型的问题：
1. 组合问题：从n个元素中选取k个元素的所有组合；
2. 排列问题：从n个元素中选择k个元素，并按照一定顺序排列的所有可能；
3. 子集问题：从n个元素中选择所有可能的子集；
4. 棋盘问题：在一个给定的n x n棋盘上放置n个皇后，并满足彼此之间不会互相攻击的要求。
回溯算法的时间复杂度取决于候选解的规模以及搜索空间中的剪枝效果。
在最坏情况下，回溯算法的时间复杂度与候选解的数量成指数级增长，因此通常会使用剪枝算法来尽可能减少搜索空间的规模，从而提高算法的效率。
总之，回溯算法是一种非常有用的问题求解方法，在实际应用中被广泛使用。
同时，由于其时间复杂度较高，对于大规模的问题，需要慎重考虑是否使用回溯算法以及如何优化算法。
回溯算法原理和几个常用的算法实例
回溯算法原理和几个常用的算法实例回溯算法是一种基于深度优先的算法，用于解决在一组可能的解中找到满足特定条件的解的问题。
其核心思想是按照特定的顺序逐步构造解空间，并通过剪枝策略来避免不必要的。
回溯算法的实现通常通过递归函数来进行，每次递归都尝试一种可能的选择，并在达到目标条件或无法继续时进行回溯。
下面介绍几个常用的回溯算法实例：1.八皇后问题：八皇后问题是一个经典的回溯问题，要求在一个8×8的棋盘上放置8个皇后，使得每个皇后都不能相互攻击。
即每行、每列和对角线上都不能有两个皇后。
通过在每一列中逐行选择合适的位置，并进行剪枝，可以找到所有满足条件的解。
2.0-1背包问题：0-1背包问题是一个经典的组合优化问题，要求在一组物品中选择一些物品放入背包，使得其总重量不超过背包容量，同时价值最大化。
该问题可以通过回溯算法进行求解，每次选择放入或不放入当前物品，并根据剩余物品和背包容量进行递归。
3.数独问题：数独问题是一个经典的逻辑推理问题，要求在一个9×9的网格中填入数字1-9，使得每行、每列和每个3×3的子网格中都没有重复数字。
该问题可以通过回溯算法进行求解，每次选择一个空格，并依次尝试1-9的数字，然后递归地进行。
4.字符串的全排列：给定一个字符串，要求输出其所有可能的排列。
例如，对于字符串"abc"，其所有可能的排列为"abc"、"acb"、"bac"、"bca"、"cab"和"cba"。
可以通过回溯算法进行求解，每次选择一个字符，并递归地求解剩余字符的全排列。
回溯算法的时间复杂度通常比较高，因为其需要遍历所有可能的解空间。
但是通过合理的剪枝策略，可以减少的次数，提高算法效率。
在实际应用中，可以根据具体问题的特点来设计合适的剪枝策略，从而降低算法的时间复杂度。
回溯算法
【问题】 组合问题
问题描述：找出从自然数1，2，…，n中任取r个数的所有组合。
采用回溯法找问题的解，将找到的组合以从小到大顺序存于a[0]，a[1]，…，a[r-1]中，组合的元素满足以下性质：
（1） a[i+1]>a[i]，后一个数字比前一个大；
（2） a[i]-i<=n-r+1。
例如n=5，r=3的所有组合为：
（1）1、2、3 （2）1、2、4 （3）1、2、5
（4）1、3、4 （5）1、3、5 （6）1、4、5
（7）2、3、4 （8）2、3、5 （9）2、4、5
（10）3、4、5
则该问题的状态空间为：
E={（x1，x2，x3）∣xi∈S ，i=1，2，3 } 其中：S={1，2，3，4，5}
【程序】
# include <stdio.h>
# define N 12
void write(int a[ ])
{ int i,j;
for (i=0;i<3;i++)
{ for (j=0;j<3;j++)
printf(“%3d”,a[3*i+j]);
printf(“\n”);
五大常用算法回溯算法
五大常用算法回溯算法一、回溯算法的概述回溯算法是一种常用的解决问题的算法，通常用于解决组合优化问题，如排列、组合、子集等问题。
回溯算法通过不断地尝试可能的解，直到找到问题的解或者确定不存在解为止。
它的核心思想是通过递归实现穷举，然后进行剪枝，以提高效率。
回溯算法主要包含以下五个步骤：1.选择：在每一步中，可以根据条件选择一个或多个可能的路径。
2.约束：根据问题的约束条件，限制可选择的路径。
3.：以递归的方式进行，尝试所有可能的解。
4.判断：在的过程中，判断当前路径是否符合问题的要求，如果符合则接受，否则进行回溯。
5.取消选择：在判断出当前路径不符合要求时，撤销当前选择，回到上一步继续尝试其他可能的选择。
回溯算法的优缺点：优点：1.简单直观：回溯算法的思路清晰，易于理解和实现。
2.灵活性高：回溯算法适用于各种问题，没有固定的限制条件，可以根据具体问题进行调整。
3.扩展性好：回溯算法可以通过剪枝策略提高效率，并且可以和其他算法结合使用。
缺点：1.效率低：回溯算法通常需要穷举所有的可能解，因此在处理大规模问题时效率较低。
2.可能的重复计算：由于回溯算法会尝试所有可能的解，所以有可能会产生重复计算的问题。
二、回溯算法的应用回溯算法在许多实际问题中都有应用，包括但不限于以下几个领域：1.组合求解：回溯算法可以用来求解排列、组合、子集等问题。
例如，在给定一组数字的情况下，找到所有可能的组合，使其和等于给定的目标值。
2.图的：回溯算法可以用来解决图的遍历问题，如深度优先、广度优先等。
例如，在给定一张无向图的情况下，找到从起点到终点的路径。
3.数独游戏：回溯算法可以用来解决数独游戏。
数独是一种逻辑类的游戏，在一个9×9的网格中填入1-9的数字，要求每行、每列、每个3×3的子网格都包含1-9的数字，且不能重复。
4.八皇后问题：回溯算法可以用来解决八皇后问题。
八皇后问题是在一个8×8的棋盘上放置八个皇后，要求每行、每列、每个对角线上都不能有两个皇后。
计算方法之——回溯算法
引言寻找问题的解的一种可靠的方法是首先列出所有候选解，然后依次检查每一个，在检查完所有或部分候选解后，即可找到所需要的解。
理论上，当候选解数量有限并且通过检查所有或部分候选解能够得到所需解时，上述方法是可行的。
不过，在实际应用中，很少使用这种方法，因为候选解的数量通常都非常大（比如指数级，甚至是大数阶乘），即便采用最快的计算机也只能解决规模很小的问题。
对候选解进行系统检查的方法有多种，其中回溯和分枝定界法是比较常用的两种方法。
按照这两种方法对候选解进行系统检查通常会使问题的求解时间大大减少（无论对于最坏情形还是对于一般情形）。
事实上，这些方法可以使我们避免对很大的候选解集合进行检查，同时能够保证算法运行结束时可以找到所需要的解。
因此，这些方法通常能够用来求解规模很大的问题。
算法思想回溯（backtracking）是一种系统地搜索问题解答的方法。
为了实现回溯，首先需要为问题定义一个解空间（solution space），这个空间必须至少包含问题的一个解（可能是最优的）。
下一步是组织解空间以便它能被容易地搜索。
典型的组织方法是图(迷宫问题)或树(N皇后问题)。
一旦定义了解空间的组织方法，这个空间即可按深度优先的方法从开始节点进行搜索。
回溯方法的步骤如下：1) 定义一个解空间，它包含问题的解。
2) 用适于搜索的方式组织该空间。
3) 用深度优先法搜索该空间，利用限界函数避免移动到不可能产生解的子空间。
回溯算法的一个有趣的特性是在搜索执行的同时产生解空间。
在搜索期间的任何时刻，仅保留从开始节点到当前节点的路径。
因此，回溯算法的空间需求为O（从开始节点起最长路径的长度）。
这个特性非常重要，因为解空间的大小通常是最长路径长度的指数或阶乘。
所以如果要存储全部解空间的话，再多的空间也不够用。
算法应用回溯算法的求解过程实质上是一个先序遍历一棵"状态树"的过程,只是这棵树不是遍历前预先建立的,而是隐含在遍历过程中<<数据结构>>(严蔚敏).(1) 幂集问题(组合问题) (参见《数据结构》（严蔚敏）)求含N个元素的集合的幂集。
第5章 回溯法
（1）如果X=(x1, x2, …, xi＋1)是问题的最终解，则输出这个解。 如果问题只希望得到一个解，则结束搜索，否则继续搜索其 他解； （2）如果X=(x1, x2, …, xi＋1)是问题的部分解，则继续构造解 向量的下一个分量； （3）如果X=(x1, x2, …, xi＋1)既不是问题的部分解也不是问题 的最终解，则存在下面两种情况： ① 如果xi+1= ai＋1k不是集合Si＋1的最后一个元素，则令xi+1= ai＋ 1k＋1，即选择Si+1的下一个元素作为解向量X的第i+1个分量； ② 如果xi+1= ai＋1k是集合Si＋1的最后一个元素，就回溯到X=(x1, x2, …, xi)，选择Si的下一个元素作为解向量X的第i个分量，假 设xi= aik，如果aik不是集合Si的最后一个元素，则令xi= aik＋1； 否则，就继续回溯到X=(x1, x2, …, xi－1)； 15
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3ห้องสมุดไป่ตู้
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解空间树的动态搜索（1）
回溯法从根结点出发，按照深度优先策略遍历 解空间树，搜索满足约束条件的解。 在搜索至树中任一结点时，先判断该结点对应 的部分解是否满足约束条件，或者是否超出目标函 数的界，也就是判断该结点是否包含问题的（最优） 解，如果肯定不包含，则跳过对以该结点为根的子 树的搜索，即所谓剪枝（ Pruning ）；否则，进入 以该结点为根的子树，继续按照深度优先策略搜索。
回溯算法详解
回溯算法详解
回溯算法是一种常用的解决问题的方法，它的目的是在一个大的问题空间中寻找到一个解决方案。
回溯算法的基本思想是穷举所有可能的解决方案，直到找到符合条件的解决方案为止。
回溯算法的实现通常包括两个部分：状态表示和状态转移。
状态表示是指将问题的解答空间表示为一个状态树，每个节点表示一个状态，状态转移是指从一个节点转移到另一个节点的过程。
回溯算法的实现过程通常包括三个步骤：选择、回溯和剪枝。
选择是指从当前状态节点选择一个扩展节点作为下一步的状态，回溯是指从一个状态节点返回到它的父节点，剪枝是指在搜索过程中对一些不可能达到目标的状态进行剪枝。
回溯算法常常用于求解组合、排列、子集、划分等问题。
由于回溯算法的时间复杂度很高，因此在实际应用中往往需要结合其他优化算法来提高效率。
总的来说，回溯算法是一种通用的算法，它可以解决许多不同类型的问题。
只要能够将问题的解答空间表示为一个状态树，并且能够找到一种回溯的方法来搜索这个状态树，就可以使用回溯算法来求解问题。
- 1 -。
回溯算法总结
回溯算法总结对回溯法的理解：回溯法本质就是深搜，对所有可能的结果进⾏搜索匹配，由于很多情况下结果很多，就需要进⾏适当的剪枝和分界限制来加快得到解。
回溯法⽤的最多的就是递归，其实也可⽤递推，但是递归⽐较符合⼈类逻辑。
回溯法的解题通常是有模板的：Void backtrack(){If(到达边界){输出答案/记录答案}Else{ 记录这个点，现存结果更新，递归，现存结果还原，取消该点记录}}回溯法的有三种情况：1）：找所有可能解：通过⼀个结果数组记录搜索得到的解，然后再到达边界时输出2）：寻找其中过⼀个的解：同上；2）：寻找最优（选和不选）在边界点记录/更新最优值 + 在else中除了要对选取这个点的结果进⾏搜索还要对忽略这个点的结果进⾏搜索回溯法的常⽤剪枝：1) :判断该点在之后的所有点组合起来能不能到达最优或者超过当前最优。
不能就剪枝2）当前点是不是访问过，访问过忽略2) 加上当前点是不是会越过限制条件，是的话剪枝3) 如果只要求输出⼀个解，设⽴⼀个flag，有了⼀个答案之后设置flag为1，当flag为1时，全部return⼦集和问题的解空间结构和约束函数：假设给定集合 C = { x1,x2,x3 ……… xn}; 给定正整数P解空间结构 C’ ={ xi,..xk} （1<=i<k<=n）约束函数：1：假设当前的搜索点为 Xi (（1<=i<n）),如果 {Xi+1 ,Xi+2,Xi+3………Xn}的和⼩于P，说明这个这个点取了也没⽤，剪枝；如果⼤于说明接下来的有可能得到P，那就继续搜索2：如果当前点⼤于P，该点不取3: 如果当前点加上当前总和结果⼤于P，不取本章学习遇到的问题:主要是剪枝不充分，导致算法超时问题.结对编程中问题：主要是背包问题的剪枝，要按照严格限界，不然会超时。
这个限界也是之前没有⽤过限界函数.下⾯总结⼀下这个限界函数:⾸先先要把数组进⾏降序排序，预测当前背包剩余容量最⼤可以装下多少价值的物品如果剩余容量能够能够承载的最⼤价值 + 当前的背包价值⼤于当前的最优值，说明这个点可以继续搜索下去。
回溯算法-算法介绍
回溯算法-算法介绍回溯法1、有许多问题，当需要找出它的解集或者要求回答什么解是满⾜某些约束条件的最佳解时，往往要使⽤回溯法。
2、回溯法的基本做法是搜索，或是⼀种组织得井井有条的，能避免不必要搜索的穷举式搜索法。
这种⽅法适⽤于解⼀些组合数相当⼤的问题。
3、回溯法在问题的解空间树中，按深度优先策略，从根结点出发搜索解空间树。
算法搜索⾄解空间树的任意⼀点时，先判断该结点是否包含问题的解。
如果肯定不包含（剪枝过程），则跳过对该结点为根的⼦树的搜索，逐层向其祖先结点回溯；否则，进⼊该⼦树，继续按深度优先策略搜索。
问题的解空间问题的解向量：回溯法希望⼀个问题的解能够表⽰成⼀个n元式(x1,x2,…,xn)的形式。
显约束：对分量xi的取值限定。
隐约束：为满⾜问题的解⽽对不同分量之间施加的约束。
解空间：对于问题的⼀个实例，解向量满⾜显式约束条件的所有多元组，构成了该实例的⼀个解空间。
注意：同⼀个问题可以有多种表⽰，有些表⽰⽅法更简单，所需表⽰的状态空间更⼩（存储量少，搜索⽅法简单）。
下⾯是n=3时的0-1背包问题⽤完全⼆叉树表⽰的解空间：⽣成问题状态的基本⽅法扩展结点:⼀个正在产⽣⼉⼦的结点称为扩展结点活结点:⼀个⾃⾝已⽣成但其⼉⼦还没有全部⽣成的节点称做活结点死结点:⼀个所有⼉⼦已经产⽣的结点称做死结点深度优先的问题状态⽣成法：如果对⼀个扩展结点R，⼀旦产⽣了它的⼀个⼉⼦C，就把C当做新的扩展结点。
在完成对⼦树C（以C为根的⼦树）的穷尽搜索之后，将R重新变成扩展结点，继续⽣成R的下⼀个⼉⼦（如果存在）宽度优先的问题状态⽣成法：在⼀个扩展结点变成死结点之前，它⼀直是扩展结点回溯法：为了避免⽣成那些不可能产⽣最佳解的问题状态，要不断地利⽤限界函数(bounding function)来处死(剪枝)那些实际上不可能产⽣所需解的活结点，以减少问题的计算量。
具有限界函数的深度优先⽣成法称为回溯法。
（回溯法 = 穷举 + 剪枝）回溯法的基本思想(1)针对所给问题，定义问题的解空间；(2)确定易于搜索的解空间结构；(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。
回溯算法的实现
回溯算法的实现回溯算法：从⼀条路往前⾛，能进则进，不能进则退回来，换⼀条路再试。
（以深度优先⽅式搜索）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。
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。
回溯法的实现⽅法有两种：递归和递推（也称迭代）。
⼀般来说，⼀个问题两种⽅法都可以实现，只是在算法效率和设计复杂度上有区别。
递归思路简单，设计容易，但效率低。
递推算法设计相对复杂，但效率⾼。
集合求幂集函数：public class Test{public static void main(String []args){List<String> list = new ArrayList<String>();list.add("A");list.add("B");list.add("C");List<String> li = new ArrayList<String>();print(0,list,li);}public static void print(int i, List<String> list, List<String> li){if(i > list.size()-1){System.out.println(li);}else{li.add(list.get(i)); //左⼦树的处理print(i+1,list,li); //递归遍历li.remove(list.get(i)); //右⼦树的处理print(i+1,list,li); //递归遍历}}}皇后问题：public class Test{static int max = 8; //放置⼏个皇后static int num = 0; //总共有⼏种存放⽅式static int[] array = new int[max]; //⽤数组存放皇后的摆放位置⽤来判断是否摆放正确public static void main(String[] args){check(0); //先放第⼀个皇后System.out.println(num);}public static void check(int n){if(n == max){ //如果皇后全部摆放完成，总数+1 并跳出该⽅法num++;return;}for (int i = 0; i < max; i++) { //从第⼀列开始放，到第max列为⽌array[n] = i; //默认该皇后都是从该⾏的第⼀列开始摆放if (ok(n)) { //判断该皇后的摆放位置是否正确check(n + 1); //如果正确，则递归下⼀个皇后的摆放}}}private boolean ok(int n) {for (int i = 0; i < n; i++) { //从第⼀列开始放值，然后判断是否和本⾏本列本斜线有冲突，如果OK，就进⼊下⼀⾏的逻辑//array[i] == array[n] 判断是否在同⼀斜线上//Math.abs(n - i) == Math.abs(array[n] - array[i]) 判断是否在同⼀⾏或列if (array[i] == array[n] || Math.abs(n - i) == Math.abs(array[n] - array[i])) {return false;}}return true;}}。
java 回溯解法
java 回溯解法摘要：1.回溯算法概述2.Java 回溯算法实现3.Java 回溯算法示例4.总结正文：一、回溯算法概述回溯算法（Backtracking Algorithm）是一种解决问题的算法思想，通过尝试所有可能的解决方案来解决问题，直到找到符合要求的解决方案为止。
回溯算法的基本思想是：从一条路往前走，当发现此路不通时，就回到上一个路口，再选择另一条路往前走。
这种算法在程序设计中应用广泛，特别是在组合优化问题、数独求解等方面。
二、Java 回溯算法实现在Java 语言中，回溯算法可以通过递归或者迭代的方式实现。
下面我们分别介绍这两种实现方式：1.递归实现递归实现的回溯算法比较简单，基本思路是将问题分解成规模较小的相似子问题，然后通过递归调用求解子问题，最后将子问题的解合并成原问题的解。
2.迭代实现迭代实现的回溯算法需要借助一个数据结构来记录已经尝试过的解决方案，以避免重复尝试。
通常使用一个布尔数组来记录已经尝试过的方案。
在迭代过程中，每次尝试一个新方案，如果该方案可行（即满足约束条件），则将其加入可行解集合，并继续尝试其他方案；如果该方案不可行，则回溯到上一个方案，继续尝试其他方案。
三、Java 回溯算法示例下面我们以一个简单的八皇后问题为例，展示如何使用Java 实现回溯算法。
八皇后问题是一个经典的回溯算法应用，问题描述如下：在8×8 的棋盘上放置8 个皇后，使得任何一个皇后都无法攻击到另一个皇后。
即任意两个皇后都不在同一行、同一列和同一对角线上。
四、总结回溯算法是一种解决问题的思路，通过尝试所有可能的解决方案来解决问题。
在Java 语言中，回溯算法可以通过递归或者迭代的方式实现。
回溯算法（Backtracking）
回溯算法（Backtracking）
什么是回溯？
回溯是⼀种基本的搜索算法，通过在搜索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，尝试别的路经。
在探索过程中，当探索到某⼀步时，发现原先搜索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”。
搜索⽅式:
深度优先搜索(dfs)
宽度优先搜索(bfs)
基本思想
在包含问题的所有解的空间树中，按照dfs的策略，从根结点出发深度探索空间树。
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）。
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。
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。
算法基本步骤
1. 满⾜⼀定条件下将当前数据加⼊到结果集(或检查到不满⾜要求当即返回)
2. 选择⼀条路经
3. dfs向前进⾏
4. 回退路经
⼀些情况下需要对数据进⾏预先处理，或在第2步直接检查以决定是否抛弃当前路经，以避免过多地递归，带来时间损耗。
换⽽⾔之，不满⾜条件的路经越早抛弃越好。
回溯算法原理和几个常用的算法实例
回溯算法原理和几个常用的算法实例回溯算法是一种通过不断尝试和回退的方式来进行问题求解的算法。
它的基本思想是在过程中，当发现当前的选择并不符合要求时，就进行回退，尝试其他的选择，直到找到符合要求的解或者遍历完所有可能的选择。
回溯算法通常用于问题求解中的和排列组合问题，比如求解八皇后问题、0-1背包问题、数独等。
下面将介绍几个常用的回溯算法实例。
1.八皇后问题：八皇后问题是指在一个8×8的国际象棋棋盘上，放置八个皇后，使得任意两个皇后都不在同一行、同一列或同一斜线上。
可以通过递归的方式依次尝试每一行的位置，并判断当前位置是否满足条件。
如果满足条件，则进入下一行尝试；否则回溯到上一行，并尝试其他的位置，直到找到解或遍历完所有的可能。
2.0-1背包问题：0-1背包问题是指在给定一组物品和一个容量为C的背包，每个物品都有自己的重量和价值，求解在不超过背包容量时，如何选择物品使得背包中物品的总价值最大。
可以通过递归的方式依次考察每个物品，并判断是否选择当前物品放入背包。
如果放入当前物品，则背包容量减小，继续递归考察下一个物品；如果不放入当前物品，则直接递归考察下一个物品。
直到遍历完所有物品或背包容量为0时，返回当前总价值。
3.数独问题：数独是一种通过填充数字的方式使得每一行、每一列和每一个九宫格内的数字都满足一定条件的谜题。
可以通过递归的方式依次尝试填充每一个空格，并判断当前填充是否符合条件。
如果符合条件，则继续递归填充下一个空格；如果不符合条件，则回溯到上一个空格，并尝试其他的数字，直到找到解或遍历完所有的可能。
回溯算法的时间复杂度一般较高，通常为指数级别。
因此，在实际应用中，可以结合剪枝等优化策略来提高算法的效率。
此外，回溯算法也可以通过非递归的方式进行实现，使用栈来存储当前的状态，从而避免递归带来的额外开销。
总之，回溯算法是一种非常有效的问题求解方法，通过不断尝试和回退，可以在复杂的空间中找到符合要求的解。
计算机算法回溯算法
计算机算法回溯算法计算机算法：回溯算法在计算机科学领域中，算法是解决问题的方法和步骤集合，这些方法和步骤可以利用计算机进行实现。
其中，回溯算法是一种常见的算法，它通过枚举所有可能的解决方案，来找到最优的解决方案。
本文将详细介绍回溯算法的定义、原理及其几种常见的应用。
一、回溯算法的定义回溯算法是一种基于深度优先搜索的算法。
它用于在搜索解空间中寻找问题的所有解或其中的最优解。
其基本思路是：在当前状态下，先从某一步开始搜索，如果搜索失败，则回到前一步重新搜索，直到找到问题的解或其它条件满足。
二、回溯算法的原理回溯算法的实现需要考虑到两点：1、搜索的方向；2、搜索的终止条件。
回溯算法的搜索方向是从根节点开始，深度优先遍历整颗搜索树。
当搜索到某个节点时，如果发现这个节点不是一个可行解，那么回溯到它的父节点，然后尝试它的下一个候选解。
如果所有的候选解都失败了，那么回溯到它的父节点，继续尝试它的下一个候选解，直到找到可行解或搜索结束。
回溯算法的终止条件是找到了目标解，或是确定了目标解不存在。
三、回溯算法的应用1、全排列问题全排列指的是从一个有限元素集合中取出元素，按照一定的顺序排列，使得每一个元素都只出现一次，并且不重复。
例如，给定一个包含3个元素的集合{1,2,3}，则它的全排列集为{123,132,213,231,312,321}。
回溯算法可以用于求解全排列问题。
2、数独问题数独是一种填数游戏，它的目标是将数字1-9填入一个9×9的网格中，使得每行、每列以及每个3×3的小九宫格都包含了1-9的所有数字。
回溯算法可以用于数独问题：从左上角开始，依次对每一个格子进行填数，在填数的过程中，需要考虑到当前行、当前列和当前小九宫格的限制条件，如果填数失败则要回溯到上一个格子。
如果最终的结果满足数独的规则，则问题的解就找到了。
3、迷宫问题迷宫问题是一个经典的搜索问题，在直线走迷宫中，我们需要尽可能短的距离找出迷宫的出口，而且不能长时间的在迷宫中徘徊。
算法——回溯法
算法——回溯法回溯法回溯法有“通⽤的解题法”之称。
⽤它可以系统地搜索⼀个问题的所有解或任⼀解。
回溯法是⼀种即带有系统性⼜带有跳跃性的搜索算法。
它在问题的解空间树中，按深度优先策略，从根节点出发搜索解空间树。
算法搜索⾄解空间树的任⼀结点时，先判断该节点是否包含问题的解。
如果不包含，则跳过对以该节点为根的⼦树的搜索，逐层向其它祖先节点回溯。
否则，进⼊该⼦树，继续按照深度优先策略搜索。
回溯法求问题的所有解时，要回溯到根，且根节点的所有⼦树都已被搜索遍才结束。
回溯法求问题的⼀个解时，只要搜索到问题的⼀个解就可结束。
这种以深度优先⽅式系统搜索问题的算法称为回溯法，它是⽤于解组合数⼤的问题。
问题的解空间⽤回溯法解问题时，应明确定义问题的解空间。
问题的解空间⾄少包含问题的⼀个（最优）解。
例如对于有n种可选择物品的0-1背包问题，其解空间由长度为n的0-1向量组成。
该解空间包含对变量的所有可能的0-1赋值。
例如n=3时，其解空间是{(0,0,0),(0,0,1),(0,1,0),(0,1,1),(1,0,0),(1,0,1),(1,1,0),(1,1,1)}定义了问题的解空间后，还应该将解空间很好地组织起来，使得能⽤回溯法⽅便地搜索整个解空间。
通常将解空间组织成树或者图的形式。
例如，对于n=3时的0-1背包问题，可⽤⼀颗完全的⼆叉树表⽰其解空间，如下图。
解空间树的第i层到第i+1层边上的标号给出了变量的值。
从树根到叶⼦的任⼀路径表⽰解空间中的⼀个元素。
例如，从根节点到节点H的路径相当与解空间中的元素(1,1,1)。
回溯法的基本思想确定了解空间的组织结构后，回溯法从根节点出发，以深度优先搜索⽅式搜索整个解空间。
回溯法以这种⼯作⽅式递归地在解空间中搜索，直到找到所要求的解或解空间所有解都被遍历过为⽌。
回溯法搜索解空间树时，通常采⽤两种策略避免⽆效搜索，提⾼回溯法的搜索效率。
其⼀是⽤约束函数在当前节点（扩展节点）处剪去不满⾜约束的⼦树；其⼆是⽤限界函数剪去得不到最优解的⼦树。
回溯算法
三、回溯的一般步骤
回溯法正是针对这类问题，利用这类问题的
上述性质而提出来的比枚举法效率更高的算 法。
二、回溯的一般描述
procedure rbacktrack(k); begin if k > n then return else for each x(k)，如果x(k)∈t(x(1)…x(k-1))且 b(x(1)…x(k))=true do begin if x(1)…x(k)是一个解 then write(x(1)…x(k) else rbacktrack(k+1); end; end;
演示
一、回溯的概念
像走迷宫这样，遇到死路就回头的搜索思路
就叫做“回溯”。
从问题的某种可能情况出发，搜索所有能到
达的可能情况，然后以其中一种可能的情况 为新的出发点，继续向下探索，当所有可能 情况都探索过且都无法到达目标的时候，再 回退到上一个出发点，继续探索另一个可能 情况，这种不断回头寻找目标的方法称为 “回溯法”。
二、回溯的一般描述
可用回溯法求解的问题P，通常要能表达为：
对于已知的由n元组（x1，x2，…，xn）组成 的一个状态空间E={（x1，x2，…，xn） ∣xi∈Si ，i=1，2，…，n}，给定关于n元组 中的一个分量的一个约束集D，要求E中满足 D的全部约束条件的所有n元组。其中Si是分 量xi的定义域，且 |Si| 有限，i=1，2，…， n。我们称E中满足D的全部约束条件的任一 n元组为问题P的一个解。
骑士遍历
骑士遍历问题的解空间是从左下角到右上角
node、扩展节点）。 从E-节点可移动到一个新节点。 如果能从当前的E-节点移动到一个新节点，那么这个新 节点将变成一个活节点和新的E-节点，旧的E-节点仍是 一个活节点。 如果不能移到一个新节点，当前的E-节点就“死”了 （即不再是一个活节点），那么便只能返回到最近被考 察的活节点（回溯），这个活节点变成了新的E-节点。 当我们已经找到了答案或者回溯尽了所有的活节点时， 搜索过程结束。
回溯算法要点总结
回溯算法要点总结
本质
暴⼒搜索、枚举
使⽤场景
1.组合问题:N个数⾥⾯按⼀定规律找出k个数的组合
2.排列问题:N个数按⼀定规则全排序，有⼏种排列⽅式
3.切割问题:⼀个字符串按⼀定规则有⼏种切割⽅式
4.⼦集问题:⼀个N个数的集合⾥有多少符合条件的⼦集
5.棋盘问题:N皇后,解数独等等
要点
1. 回溯算法都可以抽象成⼀个树。
1.1 递归纵向遍历树，递归层数=树⾼
1.2 for循环横向遍历树，循环次数等于每层的节点数
2. 回溯与递归总是成对出现的,所以递归三部曲也适⽤回溯算法
3. 递归控制for循环嵌套的数量
优化
通过剪枝提⾼效率
在40题中发现⼀个新思路:先进⾏排序，排序的⽬的是为了剪枝
在求和问题中，排序之后加剪枝是常见的套路！
如果输⼊有重复元素且排序后的结果与排序前的结果没有差别，可以看了先排序。
模板
void backtrack(路径, 选择列表):
if 满⾜结束条件:
result.add(路径)
return
for 选择 in 选择列表:
做选择
backtrack(路径, 选择列表)
撤销选择
组合问题
什么适合可以使⽤startIndex来控制for循环的起始位置？
多个集合取组合，各个集合之间互不影响,就不⽤startIndex
⼀个集合取组合，就需要startIndex
切割问题
切割问题其实类似组合问题
排列问题
每层都是从0开始搜索
需要visited数组记录path路径⾥放了哪些元素。
回溯算法
回溯算法回溯算法是程序设计中最重要的基础算法之一，也是搜索算法中的一种控制策略，回溯算法的基本思想是：从一条路往前走，能进则进，不能进则退回来，选择另外一条路再走。
它是从初始状态出发，运用题目给出的条件、规则，按照深度优先搜索的顺序扩展所有可能情况，从中找出满足题意要求的解答。
回溯法是求解特殊型计数题或较复杂的枚举题中使用频率最高的一种算法。
一、回溯算法说明1.算法定义回溯算法是搜索算法中的一种控制策略。
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。
回溯算法在用来求问题的所有解时，要回溯到根，且根结点的所有子树都已被搜索遍才结束。
回溯算法在用来求问题的任一解时，只要搜索到问题的一个解就可以结束。
这种以深度优先的方式系统地搜索问题的解的算法称为回溯算法。
2.算法描述回溯算法描述如下：procedure run（当前状态）；vari：integer；beginif当前状态为边界then beginif 当前状态为最佳目标状态then记下最优结果；exit；{回溯}end；{then}for i←算符最小值to 算符最大值dobegin算符i作用于当前状态，扩展出一个子状态；if (子状态满足约束条件) and (子状态满足最优性要求)then run(子状态)；end；{for}end；{run}二、经典例题分析[问题描述]八皇后问题是一个古老而著名的问题，是回溯算法的典型例题。
该问题由19世纪著名的数学家高斯于1850年提出：在8×8格的国际象棋上摆放8个皇后，使其不能互相攻击，即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上，问有多少种摆法。
高斯认为有76种方案。
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刚才的方法为生成皇后的摆放方案再去判断是否符合 要求，效率比较低，我们能不能每摆放一个皇后就看 这个皇后摆放的位置对还是不对，这样可以节省很多 无效的搜索 procedure try(dep:longint); var i:longint; begin if dep>n then inc(total) else for i:=1 to n do begin a[dep]:=i; if pd(dep) then try(dep+1); end; end;
procedure search(dep:longint); var i:longint; begin if dep>n then print else for i:=1 to 4 do{每个城市有四种颜色} begin a[dep]:=i; if check(dep) then search(dep+1); end; end;
主要代码： procedure search(dep:longint); var i:longint; begin if dep>n then print else for i:=1 to n do begin a[dep]:=i; search(dep+1); end; end;
program pailie(input,output); var n:integer; a:array[1..20] of integer; procedure print; var i:integer; begin for i:=1 to n do write(a[i]); writeln; end;
代码实现： procedure try(dep:longint); var i:longint; begin if dep>n then print else for i:=1 to n do begin a[dep]:=i; try(dep+1); end; end;
过程print 为打印方案，打印方案前需要判断此方案是否有冲突
递归回溯 定义一个手工栈记录递归调用前及回溯时的断点； procedure Search(dep:integer); begin if 当前是目标状态 then 输出解或者做计数、评价处理 else for i:=1 to 状态的拓展可能数 do if 第i种状态拓展可行 then begin 保存现场(断点,维护参数表); Search(dep+1); 恢复现场(回溯,回到上一个断点继续执行); end; end;
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以4皇后为例：
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function pd(i:longint):boolean;
var j:longint; begin pd:=true;
for j:=1 to i-1 do
if (a[i]=a[j])or (a[i]-a[j]=i-j)or (a[i]-a[j]=j-i)
then begin pd:=false; end;
回溯算法
——2016冬令营第4讲
1
迷宫游戏
入口 回溯
回溯 回溯
回溯
出口
搜索算法
对某些问题建立数学模型时，即使有一 定的数学模型，但采用数学方法解决有一定 的困难。对于这一类试题，我们用模拟或搜 索求解。 在缺乏解决问题的有效模型时，搜索却是一 种行之有效的解决问题的基本方法。 枚举法（穷举法） 深度优先搜索（回溯法） 广度优先搜索
pd为判断第dep 个皇后放在i的位置是否合适，如果合适再摆 放后一个皇后如果不合适，则第dep个皇后选择另一个方案。
二、如何判断第dep行的皇后能不能放在第i列：
function pd(i:longint):boolean; var j:longint; begin pd:=true; for j:=1 to i-1 do if (a[i]=a[j])or (a[i]-a[j]=i-j)or (a[i]-a[j]=j-i) then begin pd:=false; end; end;
f[i] := TRUE dfs(g + 1) f[i] := FALSE;
f[1] := TRUE dfs( 2) f[1] := FALSE; f[2] := TRUE dfs(3) f[2] := FALSE; f[3] := TRUE dfs(4) f[3] := FALSE;
例2：n皇后问题 在n×n的国际象棋棋盘上，放置n个 皇后，使任何一个皇后都不能吃掉另一个, 需满足的条件是：同一行、同一列、同一 对角线上只能有一个皇后。求所有满足要 求的放置方案。
check为检查当前城市填的颜色是否可行
function check(dep:longint):boolean; var i:longint; begin check:=true; for i:=1 to dep-1 do if (map[dep,i]=1)and(a[dep]=a[i]) then check:= false; end;
;
如果我们不考虑错误的方案数字，那么 摆放4皇后的所有方案就成为： 1111 1112 1113 1114 1121 1122 1123 ....4444 就转成了全排问题。 n皇后问题就转换为n个数字的全排， 只需把符合要求的方案挑选出来就行了， 那么此问题就可以转换为生成n个数字的 全排，我们可以利用回溯法来实现。
5
迷宫游戏
入口
方向： 上 次序： 4
下 左 1 3
右 2
2 3 -1
1 1 1 2 1 1 1 2 2 1 1 31 -12 1
出口
回溯法是搜索算法中的一种控制策略， 它是从初始状态出发，运用题目给出的条 件、规则，按照深度优先搜索的顺序扩展 所有可能情况，从中找出满足题意要求的 解答。回溯法是求解特殊型计数题或较复 杂的枚举题中使用频率最高的一种算法。
例3：四色问题
在有一张包含N（N≤10）块区域的地图，给出M（M≤50） 个描述，每组描述A，B表示A，B相邻，相邻的区域不能染 同一种颜色，一种有四种颜色，请你用这四种颜色给地图染 色，一共有多少中染色方法？
Input 第一行两个数N和M
Sample Input 54
接下来M行，每行一组数A，B
3.1.3 回溯法解决n皇后问题
【分析】
一、问题解的形式： a:array [1..n] of integer; a[i]:第a[i]列，保证所有皇后不同行（第i个皇后 放在第i行） 问题的解变成求（a[1]，a[2]，…，a[n]） 4皇后问题的解： （2，4，1，3）， （3，1，4，2）
思考1
想输出 111 112 113 121 122 123 131 132 133 211 212 213 221 222 223 231 232 233 311 312 313 321 322 323 331 332 333
10
思考2
输出 1111 1112 1113 1114 1121 1122 1123 1124 1131 1132 1133 1134 1141 1142 1143 1144 1211 1212 ...... 4444 又该如何输出？
DFS算法框架1——直接递归 procedure Search(dep:integer,参数表); //需要时还可以自定义一些参数； begin if 当前是目标状态 then 输出解或者做计数、评价处理 else for i:=1 to 状态的拓展可能数 do if 第i种状态拓展可行 then begin //维护自定义参数; Search(dep+1,参数表); end; end;
procedure search(dep:longint); var i:longint; begin if dep>n then print else for i:=1 to n do begin a[dep]:=i; search(dep+1); end; end; begin readln(n); search(1); end.
表示A，B相邻 Output
12
13 14 15 Sample Output
32
一个数表示染色方法数
324
分析： 我们一次从第一个城市开始染色，接着第二 ，第 三……每个城市有四种颜色可供选择，每次在染色的 时候只需考虑已经染好色的城市跟当前城市相邻且为 同一种颜色则不符合要求，否则就染好色并进入下一 个城市染色。 5个城市不考虑不符合要求的染色方案，所有染色方 案为 11111 11112 11113 ...... 55555 此题又可转换为全排形式。利用回溯来实现。
进一步思考
全排列：输入n输出1..n个数的全部排列 （数字不重复） 1~3的全排列
123 132 213 231 312 321 6
Procedure dfs(g : Integer); { 递归过程 g 为当前深度 } Var i : Integer; Begin If (g > n)Then Begin For j := 1 To n Do { 输出一个排列方案 } Write(a[j], ' '); Writeln; { 每个方案 1 行 } Inc(tot); { 总数加 1, 等价于 tot := tot + 1; } End; For i := 1 To n Do { 枚举第 g 层应排的数 } If not f[i] Then { 如果 i 没有排列过 } Begin f[i] := TRUE; { 标志数组赋为已排列 } a[g] := i; { 第 g 层用 i} dfs(g + 1); { 继续枚举第g+1层} f[i] := FALSE; { 回溯，标志数组还原 } End; End;