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回溯——12.N皇后

article 2024/9/21 21:02:48

力扣题目链接

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。

解题思路

回溯法：这是一个典型的回溯问题，我们需要尝试在棋盘上放置皇后，并不断尝试不同的放置方式，如果发现当前放置不合法，则回退（回溯）到上一步，继续尝试其他可能的放置方式。
合法性检查：为了确保皇后之间不互相攻击，每次放置新的皇后时，需要检查该位置是否与之前放置的皇后冲突。主要检查三个方向：同一列、左上对角线和右上对角线。

完整代码如下：

class Solution:
    def solveNQueens(self, n: int) -> List[List[str]]:
        result = []  # 存储最终结果的二维字符串数组

        chessboard = ['.' * n for _ in range(n)]  # 初始化棋盘
        self.backtracking(n, 0, chessboard, result)  # 回溯求解
        return [[''.join(row) for row in solution] for solution in result]  # 返回结果集

    def backtracking(self, n: int, row: int, chessboard: List[str], result: List[List[str]]) -> None:
        if row == n:
            result.append(chessboard[:])  # 棋盘填满，将当前解加入结果集
            return

        for col in range(n):
            if self.isValid(row, col, chessboard):
                chessboard[row] = chessboard[row][:col] + 'Q' + chessboard[row][col+1:]  # 放置皇后
                self.backtracking(n, row + 1, chessboard, result)  # 递归到下一行
                chessboard[row] = chessboard[row][:col] + '.' + chessboard[row][col+1:]  # 回溯，撤销当前位置的皇后

    def isValid(self, row: int, col: int, chessboard: List[str]) -> bool:
        # 检查列
        for i in range(row):
            if chessboard[i][col] == 'Q':
                return False  # 当前列已经存在皇后，不合法

        # 检查 45 度角是否有皇后
        i, j = row - 1, col - 1
        while i >= 0 and j >= 0:
            if chessboard[i][j] == 'Q':
                return False  # 左上方向已经存在皇后，不合法
            i -= 1
            j -= 1

        # 检查 135 度角是否有皇后
        i, j = row - 1, col + 1
        while i >= 0 and j < len(chessboard):
            if chessboard[i][j] == 'Q':
                return False  # 右上方向已经存在皇后，不合法
            i -= 1
            j += 1

        return True  # 当前位置合法

class Solution:
    def solveNQueens(self, n: int) -> List[List[str]]:
        result = []  # 存储最终结果的二维字符串数组

        chessboard = ['.' * n for _ in range(n)]  # 初始化棋盘
        self.backtracking(n, 0, chessboard, result)  # 回溯求解
        return [[''.join(row) for row in solution] for solution in result]  # 返回结果集

result：用于存储所有可能的N皇后解法。
chessboard：初始化棋盘，大小为n x n，使用.表示空位。
self.backtracking(n, 0, chessboard, result)：调用回溯函数从第0行开始尝试放置皇后。
[[''.join(row) for row in solution] for solution in result]：格式化并返回所有解，每个解由二维字符数组转化为字符串列表。

    def backtracking(self, n: int, row: int, chessboard: List[str], result: List[List[str]]) -> None:
        if row == n:
            result.append(chessboard[:])  # 棋盘填满，将当前解加入结果集
            return

        for col in range(n):
            if self.isValid(row, col, chessboard):
                chessboard[row] = chessboard[row][:col] + 'Q' + chessboard[row][col+1:]  # 放置皇后
                self.backtracking(n, row + 1, chessboard, result)  # 递归到下一行
                chessboard[row] = chessboard[row][:col] + '.' + chessboard[row][col+1:]  # 回溯，撤销当前位置的皇后

row == n：如果所有n行都放置完皇后，说明找到一个解，添加到结果集中。
for col in range(n)：遍历当前行的每一列，尝试放置皇后。
self.isValid(row, col, chessboard)：检查在当前位置(row, col)放置皇后是否合法。
chessboard[row] = chessboard[row][:col] + 'Q' + chessboard[row][col+1:]：在合法的位置放置皇后，使用字符串操作将'Q'放在对应位置。
self.backtracking(n, row + 1, chessboard, result)：递归地尝试在下一行放置皇后。
chessboard[row] = chessboard[row][:col] + '.' + chessboard[row][col+1:]：撤销放置的皇后（回溯），继续尝试其他可能的位置。

    def isValid(self, row: int, col: int, chessboard: List[str]) -> bool:
        # 检查列
        for i in range(row):
            if chessboard[i][col] == 'Q':
                return False  # 当前列已经存在皇后，不合法

        # 检查 45 度角是否有皇后
        i, j = row - 1, col - 1
        while i >= 0 and j >= 0:
            if chessboard[i][j] == 'Q':
                return False  # 左上方向已经存在皇后，不合法
            i -= 1
            j -= 1

        # 检查 135 度角是否有皇后
        i, j = row - 1, col + 1
        while i >= 0 and j < len(chessboard):
            if chessboard[i][j] == 'Q':
                return False  # 右上方向已经存在皇后，不合法
            i -= 1
            j += 1

        return True  # 当前位置合法