DFS(深度优先搜索):
深度优先搜索算法(英语:Depth-First-Search,简称DFS)是一种用于遍历或搜索树或图的算法。 沿着树的深度遍历树的节点,尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所在边都己被探寻过或者在搜寻时结点不满足条件,搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。属于盲目搜索,最糟糕的情况算法时间复杂度为O(!n)。(一条路走到黑,直到走不下去才往回走)
基本模板:
int check(参数) { if(满足条件) return 1; return 0; } void dfs(int step) { 判断边界 { 相应操作 } 尝试每一种可能 { 满足check条件 标记 继续下一步dfs(step+1) 恢复初始状态(回溯的时候要用到) } }
题目:
数独游戏:你一定听说过“数独”游戏。如下图所示,玩家需要根据9×9盘面上的已知数字,推理出所有剩余空格的数字,并满足每一行、每一列、每一个同色九宫内的数字均含1-9,不重复。数独的答案都是唯一的,所以,多个解也称为无解。本图的数字据说是芬兰数学家花了3个月的时间设计出来的较难的题目。但对会使用计算机编程的你来说,恐怕易如反掌了。本题的要求就是输入数独题目,程序输出数独的唯一解。我们保证所有已知数据的格式都是合法的,并且题目有唯一的解。格式要求,输入9行,每行9个数字,0代表未知,其它数字为已知。输出9行,每行9个数字表示数独的解。
输入:
005300000 800000020 070010500 400005300 010070006 003200080 060500009 004000030 000009700
程序应该输出:
145327698 839654127 672918543 496185372 218473956 753296481 367542819 984761235 521839764
再例如,输入:
800000000 003600000 070090200 050007000 000045700 000100030 001000068 008500010 090000400
程序应该输出:
812753649 943682175 675491283 154237896 369845721 287169534 521974368 438526917 796318452
代码:
import java.util.Scanner; public class 数独 { public static void main(String[] args) { // System.out.println((char)('0'+1)); Scanner sc = new Scanner(System.in); char[][] table = new char[9][]; for (int i = 0; i < 9; i++) { table[i] = sc.nextLine().toCharArray(); } long now = System.currentTimeMillis(); dfs(table, 0, 0); System.out.println("===================="); System.out.println("耗时:"+(System.currentTimeMillis()-now)+"ms"); } private static void dfs(char[][] table, int x, int y) { if (x == 9) { print(table); return ; // System.exit(0); } if (table[x][y] == '0') {// 虚位以待 选1-9之间合法的数字填到x,y这个位置 for (int k = 1; k < 10; k++) { if (check(table, x, y, k)) { // f = false; table[x][y] = (char) ('0' + k); dfs(table, x + (y + 1) / 9, (y + 1) % 9);// 处理下一个状态 } } table[x][y] = '0';// 回溯 } else { // 继续找下一个需要处理的位置 dfs(table, x + (y + 1) / 9, (y + 1) % 9);// 处理下一个状态 } } private static void print(char[][] table) { for (int i = 0; i < 9; i++) { System.out.println(new String(table[i])); } } private static boolean check(char[][] table, int i, int j, int k) { // 检查同行和同列 for (int l = 0; l < 9; l++) { if (table[i][l] == (char) ('0' + k)) return false; if (table[l][j] == (char) ('0' + k)) return false; } // 检查小九宫格 for (int l = (i / 3) * 3; l < (i / 3 + 1) * 3; l++) { for (int m = (j / 3) * 3; m < (j / 3 + 1) * 3; m++) { if (table[l][m] == (char) ('0' + k)) return false; } } return true; } }
结果:
总结一下,用递归法来实现DFS,比较好理解,就一直往下找,直到走不通后在回来尝试其它的地方。一个DFS一般要判断边界,check来判断是否符合相应条件,数组之类的来记录是否已经被用过,递归进行下一步操作。有的时候我们要将标记过的点恢复原来的状态,有时候则不必要恢复(油田问题),要结合具体的问题来分析。
恢复标记相当于回溯的思想。 回溯法(探索与回溯法)是一种选优搜索法,又称为试探法,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”。