day30 ● 332.重新安排行程 ● 51. N皇后 ● 37. 解数独
● 332.重新安排行程
● 51. N皇后
● 37. 解数独
这三道题之后,请写一个详细的技术报告。代码用Java。
题目背景
本次报告是对三道经典的算法问题进行解决的一个技术总结。这三道问题分别是:
- 重新安排行程
- N皇后
- 解数独
在解决这些问题的过程中,我们使用了Java语言进行编码,并且采用了一些算法和数据结构来优化解决方案。
解决方案
1. 重新安排行程
题目描述:
给定一个机票列表,每个票包含出发地和目的地,重新安排行程,使行程按照字母顺序排列,如果有多个行程,则选择字母序最小的行程。
解决思路:
这是一个典型的图论问题,可以使用图的深度优先搜索(DFS)来解决。在访问到一个节点时,我们需要将该节点的出边按照字母序排序,然后递归访问每一个出边所指向的节点。如果在搜索过程中发现无法前进,那么就需要回溯到上一个节点,重新选择一个出边进行访问。
代码实现:
我们定义一个HashMap<String, PriorityQueue>来表示每个节点所对应的出边集合,然后使用DFS进行遍历,代码如下:
public List<String> findItinerary(List<List<String>> tickets) {
Map<String, PriorityQueue<String>> graph = new HashMap<>();
for (List<String> ticket : tickets) {
String from = ticket.get(0), to = ticket.get(1);
if (!graph.containsKey(from)) {
graph.put(from, new PriorityQueue<>());
}
graph.get(from).offer(to);
}
List<String> itinerary = new LinkedList<>();
dfs(graph, "JFK", itinerary);
Collections.reverse(itinerary);
return itinerary;
}
private void dfs(Map<String, PriorityQueue<String>> graph, String from, List<String> itinerary) {
PriorityQueue<String> dests = graph.get(from);
while (dests != null && !dests.isEmpty()) {
String to = dests.poll();
dfs(graph, to, itinerary);
}
itinerary.add(from);
}
2. N皇后
题目描述:
在N x N的棋盘上放置N个皇后,使得每行、每列和对角线上都没有重复的皇后。输出所有合法的方案。
解决思路:
这是一个经典的回溯算法问题,我们可以采用DFS来进行求解。在搜索过程中,我们需要维护使用过的行、列和对角线,然后递归地搜索每一行的皇后位置。当搜索到第N行时,我们就可以记录下当前的皇后摆放方案。
代码实现:
我们定义一个boolean数组来表示每个位置是否可以放置皇后,然后使用DFS进行搜索,代码如下:
public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
List<List<String>> res = new ArrayList<>();
boolean[] cols = new boolean[n];
boolean[] diag1 = new boolean[2 * n - 1];
boolean[] diag2 = new boolean[2 * n - 1];
char[][] board = new char[n][n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
Arrays.fill(board[i], '.');
}
dfs(res, board, cols, diag1, diag2, 0, n);
return res;
}
private void dfs(List<List<String>> res, char[][] board, boolean[] cols, boolean[] diag1, boolean[] diag2, int row, int n) {
if (row == n) {
List<String> solution = new ArrayList<>();
for (char[] rowChars : board) {
solution.add(String.valueOf(rowChars));
}
res.add(solution);
return;
}
for (int col = 0; col < n; col++) {
int id1 = col - row + n - 1, id2 = col + row;
if (!cols[col] && !diag1[id1] && !diag2[id2]) {
cols[col] = true;
diag1[id1] = true;
diag2[id2] = true;
board[row][col] = 'Q';
dfs(res, board, cols, diag1, diag2, row + 1, n);
cols[col] = false;
diag1[id1] = false;
diag2[id2] = false;
board[row][col] = '.';
}
}
}
3. 解数独
题目描述:
给定一个9 x 9大小的数独,其中一些格子已经填了数字,需要我们将其余的空格填满,并且满足每行、每列和每个3 x 3的九宫格内都没有重复的数字。
解决思路:
这是一个经典的回溯算法问题,我们可以采用DFS来进行求解。在搜索过程中,我们需要维护每行、每列和每个3 x 3的九宫格内已经填过的数字,然后递归地搜索每一个空格的填法。当搜索到最后一个空格时,我们就可以记录下当前的数独解法。
代码实现:
我们定义一个二维数组来表示数独,然后使用DFS进行搜索,代码如下:
public void solveSudoku(char[][] board) {
boolean[][] rows = new boolean[9][10];
boolean[][] cols = new boolean[9][10];
boolean[][] boxes = new boolean[9][10];
for (int i = 0; i < 9; i++) {
for (int j = 0; j < 9; j++) {
if (board[i][j] != '.') {
int num = board[i][j] - '0';
int boxIndex = (i / 3) * 3 + j / 3;
rows[i][num] = true;
cols[j][num] = true;
boxes[boxIndex][num] = true;
}
}
}
dfs(board, rows, cols, boxes, 0, 0);
}
private boolean dfs(char[][] board, boolean[][] rows, boolean[][] cols, boolean[][] boxes, int row, int col) {
if (row == 9) {
return true;
}
if (col == 9) {
return dfs(board, rows, cols, boxes, row + 1, 0);
}
if (board[row][col] != '.') {
return dfs(board, rows, cols, boxes, row, col + 1);
}
int boxIndex = (row / 3) * 3 + col / 3;
for (int num = 1; num <= 9; num++) {
if (!rows[row][num] && !cols[col][num] && !boxes[boxIndex][num]) {
board[row][col] = (char) ('0' + num);
rows[row][num] = true;
cols[col][num] = true;
boxes[boxIndex][num] = true;
if (dfs(board, rows, cols, boxes, row, col + 1)) {
return true;
}
board[row][col] = '.';
rows[row][num] = false;
cols[col][num] = false;
boxes[boxIndex][num] = false;
}
}
return false;
}
总结
以上三个问题都是经典的算法问题,它们的解法都依赖于DFS或回溯算法。在解决这些问题的过程中,我们还需要使用一些数据结构来优化算法的效率。例如在重新安排行程问题中,我们使用了优先队列来对出边进行排序,这可以保证我们能够先访问字母序小的节点,从而得到最终的合法行程。在N皇后问题中,我们使用了三个boolean数组来记录每行、每列和每个对角线上是否已经有皇后,这可以帮助我们快速判断某个位置是否可以放置皇后。在解数独问题中,我们同样使用了三个boolean数组来记录每行、每列和每个3 x 3的九宫格内已经填过的数字,这可以帮助我们快速判断某个位置是否可以填入某个数字。