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回溯算法

回溯算法

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回溯算法实际上一个类似枚举的搜索尝试过程,主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解,当发现已不满足求解条件时,就回溯返回,尝试别的路径。

回溯法是一种选优搜索法,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”。

基本思想

在包含问题的所有解的解空间树中,按照 深度优先搜索 的策略,从根结点出发深度探索解空间树。当探索到某一结点时,要先判断该结点是否包含问题的解,如果包含,就从该结点出发继续探索下去,如果该结点不包含问题的解,则逐层向其祖先结点回溯。(其实回溯法就是对隐式图的深度优先搜索算法)。

若用回溯法求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有可行的子树都要已被搜索遍才结束。

而若使用回溯法求任一个解时,只要搜索到问题的一个解就可以结束。

一般步骤

  1. 针对所给问题,确定问题的解空间:首先应明确定义问题的解空间,问题的解空间应至少包含问题的一个(最优)解。
  2. 确定结点的扩展搜索规则
  3. 以深度优先方式搜索解空间,并在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索。

算法框架

非递归回溯框架

int a[n],i;
初始化数组a[];
i = 1;
while (i>0(有路可走) && (未达到目标))        // 还未回溯到头
    if(i > n)                                // 搜索到叶结点
        搜索到一个解,输出;
    else                                     // 处理第i个元素
        a[i]第一个可能的值;
        while(a[i]在不满足约束条件且在搜索空间内) 
            a[i]下一个可能的值;
        if(a[i]在搜索空间内) 
            标识占用的资源;
            i = i+1;                         // 扩展下一个结点
        else 
            清理所占的状态空间;             // 回溯
            i = i –1;

递归的算法框架

int a[n];
try(int i) 
    if(i>n) 
        输出结果;
    else 
        for(j = 下界; j <= 上界; j=j+1)     // 枚举i所有可能的路径
            if(fun(j))                      // 满足限界函数和约束条件
                a[i] = j;
                ...                         // 其他操作
                try(i+1);
                回溯前的清理工作(如a[i]置空值等);

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