八皇后问题是找到一个解决方案,在棋盘的每一行放置一个皇后,使得两个皇后不能互相攻击。该问题可以使用递归来解决。在本节中,我们将介绍一种常见的算法设计技术,称为回溯来解决这个问题。回溯方法逐步搜索候选解决方案,一旦确定 就放弃该选项

候选人不可能是有效的解决方案,然后寻找新的候选人。

可以使用二维数组来表示棋盘。然而,由于每一行只能有一个皇后,因此使用一维数组来表示皇后在该行中的位置就足够了。因此,您可以将 queens 数组定义为:

int[] queens = new int[8];

将j赋值给queens[i],表示皇后放置在行i和列j中。下图(a)显示了下图(b)中棋盘的queens数组的内容。

搜索从第一行开始,k = 0,其中k是正在考虑的当前行的索引。该算法检查是否可以按 j = 0, 1, ... , 7 的顺序将皇后放置在行中的第 j 列中。搜索实现如下:

如果成功,它会继续在下一行中搜索皇后的位置。如果当前行是最后一行,则找到解决方案。
如果不成功,则回溯到上一行,并继续在上一行的下一列中搜索新的放置位置。
如果算法回溯到第一行并且无法在该行找到皇后的新位置,则无法找到解决方案。

下面的代码给出了显示八皇后问题解决方案的程序。

package application;
import javafx.application.Application;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.stage.Stage;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Label;
import javafx.scene.image.Image;
import javafx.scene.image.ImageView;
import javafx.scene.layout.GridPane;

public class EightQueens extends Application {
public static final int SIZE = 8; // The size of the chess board
// queens are placed at (i, queens[i])
// -1 indicates that no queen is currently placed in the ith row
// Initially, place a queen at (0, 0) in the 0th row
private int[] queens = {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1};

@Override // Override the start method in the Application class
public void start(Stage primaryStage) {
    search(); // Search for a solution

    // Display chess board
    GridPane chessBoard = new GridPane();
    chessBoard.setAlignment(Pos.CENTER);
    Label[][] labels = new Label[SIZE][SIZE];
    for(int i = 0; i = 0 && k 

程序调用search()(第20行)来搜索解决方案。最初,任何行中都没有放置皇后(第 16 行)。现在,搜索从第一行 k = 0(第 53 行)开始,并找到皇后的位置(第 56 行)。如果成功,将其放入该行(第 61 行)并考虑下一行(第 62 行)。如果不成功,则回溯到上一行(第 58-59 行)。

findposition(k) 方法从 queen[k] + 1 开始搜索在行 k 中放置皇后的可能位置(第 73 行)。它检查是否可以将皇后放置在 start, start + 1, 。 。 。 、 和 7,按此顺序(第 75-78 行)。如果可能,返回列索引(第77行);否则,返回 -1(第 80 行)。

调用

isvalid(row, column)方法来检查在指定位置放置皇后是否会与之前放置的皇后发生冲突(第76行)。它确保没有皇后被放置在同一列(第86行)、左上角对角线(第87行)或右上角对角线(第88行),如下图所示。

image description

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