• 五大常用算法之四:回溯法[zz]


    http://www.cnblogs.com/steven_oyj/archive/2010/05/22/1741376.html

    1、概念

          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”。

         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)。

           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。

    3、用回溯法解题的一般步骤:

        (1)针对所给问题,确定问题的解空间:

                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。

        (2)确定结点的扩展搜索规则

        (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。

    4、算法框架

         (1)问题框架

          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)。

         (2)非递归回溯框架

       1: int a[n],i;
       2: 初始化数组a[];
       3: i = 1;
       4: while (i>0(有路可走)   and  (未达到目标))  // 还未回溯到头
       5: {
       6:     if(i > n)                                              // 搜索到叶结点
       7:     {   
       8:           搜索到一个解,输出;
       9:     }
      10:     else                                                   // 处理第i个元素
      11:     { 
      12:           a[i]第一个可能的值;
      13:           while(a[i]在不满足约束条件且在搜索空间内)
      14:           {
      15:               a[i]下一个可能的值;
      16:           }
      17:           if(a[i]在搜索空间内)
      18:          {
      19:               标识占用的资源;
      20:               i = i+1;                              // 扩展下一个结点
      21:          }
      22:          else 
      23:         {
      24:               清理所占的状态空间;            // 回溯
      25:               i = i –1; 
      26:          }
      27: }

            (3)递归的算法框架

             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:

       1: int a[n];
       2: try(int i)
       3: {
       4:     if(i>n)
       5:        输出结果;
       6:      else
       7:     {
       8:        for(j = 下界; j <= 上界; j=j+1)  // 枚举i所有可能的路径
       9:        {
      10:            if(fun(j))                 // 满足限界函数和约束条件
      11:              {
      12:                 a[i] = j;
      13:               ...                         // 其他操作
      14:                 try(i+1);
      15:               回溯前的清理工作(如a[i]置空值等);
      16:               }
      17:          }
      18:      }
      19: }
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