一、题目大意
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https://leetcode.cn/problems/n-queens
按照国际象棋的规则，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。
n 皇后问题 研究的是如何将 n 个皇后放置在 n×n 的棋盘上，并且使皇后彼此之间不能相互攻击。
给你一个整数 n ，返回所有不同的 n 皇后问题 的解决方案。
每一种解法包含一个不同的 n 皇后问题 的棋子放置方案，该方案中 'Q' 和 '.' 分别代表了皇后和空位。
示例 1：
输入：n = 4
输出：[[".Q..","...Q","Q...","..Q."],["..Q.","Q...","...Q",".Q.."]]
解释：如上图所示，4 皇后问题存在两个不同的解法。
示例 2：
输入：n = 1
输出：[["Q"]]
提示：
- 1 <= n <= 9
二、解题思路
经典的递归入门题目，在N*N的棋盘上面放上N个皇后，然后使得任意两个皇后不能相互攻击，没有玩的国际象棋，皇后的攻击范围是整个一行一列以及对角线攻击，以N=8为例，问题就是摆放8个皇后，皇后之间不能相互攻击。先看一个最关键的特性，因为每个皇后会攻击一行或一列，一个最基本的要求是每行只有一个皇后，每列也只有一个皇后，每条对角线也只有一个皇后，这道题是用递归进行搜索，根据这个特性可以减去不需要的判断。
皇后的攻击范围是行、列、对角线，如上图，棋盘是11是有1个解棋盘是22与33是无解，8皇后是92个解，棋盘是对称的，fundamental是基本解，上下对称、左右对称、对角线对称。解的增长是很快的，当棋盘是2424时解基本上就是天文数字了，题目给出N的范围是1-9
每一行只能放一个皇后，用递归的方法，当前行找一个位置放皇后，下一行再找一个位置放皇后，每放置一个皇后将它所有的攻击范围标记成不能走，下一行皇后放置的位置范围就少了，这就是递归的过程。
它的对角线的特点，8皇后，正对角线和反对角线分别有15条，对应的公式为2*n-1。放置一个皇后后可以将当前位置的对角线设置为不可走，但是这样会浪费很多时间和空间，其实我们可以用一个变量来描述这一行、一列、一个对角线。最小单位就是一行、一列、一个对角线，对角线从左上角到右下角标记成0...14，我们就可以用这15个变量来描述这15条对角线，对角线的索引和格子的xy有什么关系呢？红色对角线的索引idx = x + y，蓝色对角线的索引idx = x - y + (n - 1)，这样在递归搜索的时候就可以减少判断了。
看伪代码，按行来搜索，所以就不用来记录第几行直接用y来表示。因为不能放到之前的行数中去，比如递归到第4行的时候，前面3行已经放置了3个皇后，现在要在第4行中找一个合适的位置放置第4行的皇后，所以行数就不用数组来描述它是否已经被占据了，从0到y-1的行数已经被占据了，是不能放置皇后的。当y == n的时候，表示超过棋盘了，即已经放置了n个皇后了，找到解了，即把当前的棋盘追加到返回结果中，返回，递归结束。对于第y行来说，要循环这个列，x从0到n开始循环，先判断当前格式是否能走，能走的话将皇后放置在这个位置并继续下一层递归，递归完之后要将这一行清空，表示这一行没有皇后，并将这行的位置置为可走。available判断是否可走的实现：判断列是否可走，正对角线是否可走，反对角线是否可走。
三、解题方法
3.1 Java实现
public class Solution {
public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
board = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < n; i++) {
// jdk11
// board.add(".".repeat(n));
board.add(".".repeat(n).toCharArray());
}
cols = new boolean[n];
diag1 = new boolean[2 * n - 1];
diag2 = new boolean[2 * n - 1];
sols = new ArrayList<>();
nqueens(n, 0);
return sols;
}
/**
* 记录棋盘
*/
private List<char[]> board;
/**
* 记录第x列是否有皇后
*/
private boolean[] cols;
/**
* 记录第x条正对角线上是否有皇后
*/
private boolean[] diag1;
/**
* 记录第x条反对角线上是否有皇后
*/
private boolean[] diag2;
/**
* 记录解
*/
private List<List<String>> sols;
boolean available(int x, int y, int n) {
return !cols[x] && !diag1[x + y] && !diag2[x - y + n - 1];
}
/**
* 更新棋盘
*
* @param x
* @param y
* @param n
* @param put
*/
void updateBoard(int x, int y, int n, boolean put) {
cols[x] = put;
diag1[x + y] = put;
diag2[x - y + n - 1] = put;
board.get(y)[x] = put ? 'Q' : '.';
}
void nqueens(int n, int y) {
if (y == n) {
List<String> tmp = board.stream().map(t -> String.valueOf(t)).collect(Collectors.toList());
sols.add(tmp);
return;
}
for (int x = 0; x < n; x++) {
if (!available(x, y, n)) {
continue;
}
// 更新棋盘
updateBoard(x, y, n, true);
nqueens(n, y + 1);
// 将棋盘还原
updateBoard(x, y, n, false);
}
}
}
四、总结小记
- 2022/6/6 回溯+递归来解决八皇后问题