N皇后JAVAWord格式文档下载.docx
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6.算法实现 8
7. 总结 19
8. 参考文献 20
1.问题描述:
N皇后问题(n-queenproblem)是一个经典的组合优化问题,也是一个使用回溯法(backtracking)的典型例子。
回溯法是一种系统地搜索问题解的方法。
为了实现回溯,首先需要为为问题定义一个解空间(solution
space),其至少包含问题的一个解(可能是最优解)。
我们要从中找出满足问题约束条件的解,即可行解(feasible solution)。
回溯算法一次扩展一个解,在对部分解进行扩展后,检查到目前为止的解是否为问题的一个解,如果是,则输出;
否则,检查是否可以继续扩展。
如果可以,则继续扩展;
否则,删除最后添加的元素,尝试当前位置是否有另一元素。
若没有合法的扩展方式,则进行回溯(backtrack)。
N皇后问题要求在一个n×
n的棋盘上放置n个皇后,且使得每两个皇后之间都不能相互攻击,即它们中的任意两个都不能位于同一行、同一列或者同一对角线上。
这次的任务就是借助GUI实现N皇后问题的动态演示。
我们设定皇后个数在四个到八个之间可选,所选编程语言为JAVA。
2.算法分析:
N皇后问题是回溯法的一个经典例子,它的要求就是要找出在n×
n的棋盘上放置n个皇后并使其不能相互攻击的所有解。
设X=(x1,x2,…,xn)表示问题的解,,其中xi表示第i皇后放在第i行所在的列数。
由于不存在两个皇后位于同一列上,因此xi互不相同。
设有两个皇后分别位于棋盘(i,j)和(k,l)处,如果两个皇后位于同一对角线上,则表明它们所在的位置应该满足:
i–j=k–l或i+j=k+l。
综合这两个等式可得,如果两个皇后位于同一对角线上,那么它们的位置关系一定满足|j–l|=|i–k|。
这是对皇后位置的合法性的判定,由函数PLACE来完成。
N-QUEEN函数功能是求出N皇后问题的所有解。
它在循环体中计算
xk的值,并对每一个xk的值,调用PLACE过程测试它的合法性,即寻找满足约束条件的xk的值。
如果找到了一个合法的放置位置,就进一步测试求得的(x1,x2,…,xk)是否为问题的解。
如果是,就将其输出;
否则,就将k
的值增加1继续循环,即继续寻找下一个皇后合法的位置。
如果不存在合法的xk值,就将k的值减1进行回溯。
3.伪代码:
N-QUEEN(n)
1x[1]←0 //第一个皇后的列位置初始化
2k←1 //当前列
3while k>
0 do
4 x[k]←x[k]+1 //到下一列
5 while x[k]≤n&not PLACE(k) do6 x[k]←x[k]+1
7if x[k]≤n //找到一个位置
8then if k=n //测试是否为问题的解
9then output(X) //输出解
10else k←k+1 //转下一行,即给下一个皇后找位置
11x[1]←0 //初始化当前皇后列取值
12else k←k-1 //回溯
13return
PLACE(k)
1 i←1
2while i<
k do
3if (x[i]=x[k]orabs(x[i]-x[k])=abs(i-k)) //同一列或同一对角线有
//两个皇后
4thenreturn(false)
5 i←i+1
6 return(true)
4.演示程序设计:
控制
动态演示皇后的布局
功能按钮
显示解的个数
调用N皇后问题算法
选择皇后个数
逐个输出所有的解
5.演示界面
(1)初始界面
(2)示例界面(例如选择8个皇后时)
界面功能介绍:
1.单选选项:
选择皇后的个数,限定选择4个到8个之间;
2.小文本框:
输出相应皇后个数的解的个数;
3.大文本域:
逐个输出相应皇后个数的所有解;
4.中间区域:
显示相应皇后个数的棋盘和可行的皇后布局;
5.“开始演示”按钮:
点击开始执行演示过程;
6.“暂停”按钮:
点击暂停演示过程,再次点击“开始演示”按钮继续演示过程;
7.“清空”按钮:
点击把3中的内容清空;
8.滑动条:
拖动滑块可以在任意时刻调整演示速度。
(3)选择其它皇后个数时
1.4个
2.5个
3.6个
4.7个
6.算法实现:
importjava.applet.Applet;
importjava.awt.BorderLayout;
importjava.awt.Color;
importjava.awt.Container;
importjava.awt.Graphics;
importjava.awt.Graphics2D;
importjava.awt.GridLayout;
importjava.awt.TextArea;
importjava.awt.Toolkit;
importjava.awt.event.ActionEvent;
importjava.awt.event.ActionListener;
importjava.awt.event.ItemEvent;
importjava.awt.event.ItemListener;
importjava.awt.event.WindowAdapter;
importjava.awt.event.WindowEvent;
importjava.util.Hashtable;
importjavax.swing.BorderFactory;
importjavax.swing.ButtonGroup;
importjavax.swing.JButton;
importjavax.swing.JFrame;
importjavax.swing.JLabel;
importjavax.swing.JPanel;
importjavax.swing.JRadioButton;
importjavax.swing.JScrollPane;
importjavax.swing.JSlider;
importjavax.swing.JTextField;
importjavax.swing.event.ChangeEvent;
importjavax.swing.event.ChangeListener;
publicclassNQueenimplements
ItemListener,ActionListener,ChangeListener
{
JFramef=newJFrame("
NQUEENPROBLEMDEMO"
);
Containercp=f.getContentPane();
int[]x=newint[10];
int[][]X=newint[10000][10];
String[]str=newString[10000];
intm=4,a=1,b=1,counter=0,j=1;
Panel4panel4=newPanel4();
TextAreat1=newTextArea(30,40);
JTextFieldt2=newJTextField(10);
JRadioButtonr1=newJRadioButton("
4个"
JRadioButtonr2=newJRadioButton("
5个"
JRadioButtonr3=newJRadioButton("
6个"
JRadioButtonr4=newJRadioButton("
7个"
JRadioButtonr5=newJRadioButton("
8个"
JButtonbutton1=newJButton("
开始演示"
JButtonbutton2=newJButton("
暂停"
JButtonbutton3=newJButton("
清空"
JSliderslider1=newJSlider(20,100);
javax.swing.Timertimer1;
/////////////////////////////////////////////窗口的布局
//////////////////////////////////////
publicNQueen()
cp.setLayout(newBorderLayout(20,20));
"
));
t2.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("
解的个数:
JScrollPanescrollPane1=newJScrollPane(t1);
scrollPane1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("
展示所有解:
JPanelpanel1=newJPanel();
panel1.setLayout(newGridLayout(2,1,10,20));
JPanelpanel2=newJPanel();
panel2.setLayout(newGridLayout(6,1));
panel2.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("
请选择皇后的个数:
JPanelpanel3=newJPanel();
panel3.setLayout(newGridLayout(4,1,10,10));
r1.addItemListener(this);
r2.addItemListener(this);
r3.addItemListener(this);
r4.addItemListener(this);
r5.addItemListener(this);
button1.addActionListener(this);
button2.addActionListener(this);
button3.addActionListener(this);
slider1.setPaintTicks(true);
slider1.setMajorTickSpacing(40);
slider1.setMinorTickSpacing(20);
slider1.setPaintLabels(true);
slider1.setPaintTrack(true);
slider1.setSnapToTicks(true);
slider1.addChangeListener(this);
slider1.setBorder(BorderF