八皇后问题

组合数学中的棋盘问题棋盘问题是组合数学中一个经典而又有趣的问题，它涉及到在一个n × n 的棋盘上放置一定数量的棋子并满足特定的条件。

在本文中，我们将探讨棋盘问题的一些常见形式以及解决方法。

一、八皇后问题八皇后问题是指在一个 8 × 8 的棋盘上放置 8 个皇后，并且每个皇后都不能相互攻击，即任意两个皇后不得处于同一行、同一列或同一对角线上。

这个问题可以通过回溯法来解决。

我们可以逐行放置皇后，并在每一行中使用循环判断每个格子是否满足条件。

如果满足条件，则继续递归下一行；如果不满足条件，则回溯到上一行继续判断。

当所有皇后都放置完毕时，即找到了一种解法。

二、骑士周游问题骑士周游问题是指在一个 n × n 的棋盘上，骑士按照国际象棋中骑士的移动规则进行移动，需要从起始格子出发，经过棋盘的每个格子，最终回到起始格子，且每个格子只能经过一次。

这个问题可以通过深度优先搜索或者广度优先搜索来解决。

我们可以从起始格子开始，按照骑士的移动规则依次遍历所有相邻的格子，并标记已访问的格子。

当所有格子都被访问过，并且最后的格子可以与起始格子连通，则找到了一种解法。

三、数独问题数独问题是指在一个 9 × 9 的棋盘上填入数字，使得每一行、每一列和每一个 3 × 3 的小方格中的数字都是 1 到 9 的不重复数字。

这个问题可以通过回溯法来解决。

我们可以逐格填入数字，并在每个格子中使用循环判断每个数字是否满足条件。

如果满足条件，则继续递归下一个格子；如果不满足条件，则尝试下一个数字。

当所有格子都填满时，即找到了一种解法。

四、六角形拼图问题六角形拼图问题是指在一个六角形的棋盘上，使用特定形状的六角形块填满整个棋盘。

这个问题可以通过搜索算法来解决。

我们可以从一个起始位置开始，依次尝试放置不同形状的六角形块。

每次放置块后，判断是否满足放置要求。

如果满足要求，则继续递归下一个位置；如果不满足要求，则尝试下一个形状的块。

⼋皇后问题（经典算法-回溯法）问题描述：⼋皇后问题（eight queens problem）是⼗九世纪著名的数学家⾼斯于1850年提出的。

问题是：在8×8的棋盘上摆放⼋个皇后，使其不能互相攻击。

即任意两个皇后都不能处于同⼀⾏、同⼀列或同⼀斜线上。

可以把⼋皇后问题扩展到n皇后问题，即在n×n的棋盘上摆放n个皇后，使任意两个皇后都不能互相攻击。

思路：使⽤回溯法依次假设皇后的位置，当第⼀个皇后确定后，寻找下⼀⾏的皇后位置，当满⾜左上、右上和正上⽅向⽆皇后，即矩阵中对应位置都为0，则可以确定皇后位置，依次判断下⼀⾏的皇后位置。

当到达第8⾏时，说明⼋个皇后安置完毕。

代码如下：#include<iostream>using namespace std;#define N 8int a[N][N];int count=0;//判断是否可放bool search(int r,int c){int i,j;//左上+正上for(i=r,j=c; i>=0 && j>=0; i--,j--){if(a[i][j] || a[i][c]){return false;}}//右上for(i=r,j=c; i>=0 && j<N; i--,j++){if(a[i][j]){return false;}}return true;}//输出void print(){for(int i=0;i<N;i++){for(int j=0;j<N;j++){cout<<a[i][j]<<" ";}cout<<endl;}}//回溯法查找适合的放法void queen(int r){if(r == 8){count++;cout<<"第"<<count<<"种放法\n";print();cout<<endl;return;}int i;for(i=0; i<N; i++){if(search(r,i)){a[r][i] = 1;queen(r+1);a[r][i] = 0;}}}//⼊⼝int main(){queen(0);cout<<"⼀共有"<<count<<"放法\n"; return 0;}。

八皇后实验报告八皇后实验报告引言：八皇后问题是一个经典的数学问题，它要求在一个8x8的国际象棋棋盘上放置8个皇后，使得任意两个皇后都不会互相攻击。

这个问题看似简单，但实际上却充满了挑战。

在本次实验中，我们将探索八皇后问题的解法，并通过编写算法来解决这个问题。

一、问题背景：八皇后问题最早由数学家马克斯·贝瑟尔于1848年提出，它是一道经典的递归问题。

在国际象棋中，皇后可以在同一行、同一列或同一对角线上进行攻击，因此我们需要找到一种方法，使得8个皇后彼此之间不会相互攻击。

二、解决方法：为了解决八皇后问题，我们可以使用回溯法。

回溯法是一种穷举搜索的方法，它通过逐步尝试所有可能的解决方案，直到找到符合要求的解。

具体步骤如下：1. 初始化一个8x8的棋盘，并将所有格子标记为无皇后。

2. 从第一行开始，依次尝试在每一列放置一个皇后。

3. 在每一列中，检查当前位置是否符合要求，即与已放置的皇后不在同一行、同一列或同一对角线上。

4. 如果当前位置符合要求，将皇后放置在该位置，并进入下一行。

5. 如果当前位置不符合要求，尝试在下一列放置皇后。

6. 重复步骤3-5，直到找到一个解或者所有可能的位置都已尝试过。

7. 如果找到一个解，将其输出；否则，回溯到上一行，继续尝试下一列的位置。

三、编写算法：基于上述步骤，我们可以编写一个递归函数来解决八皇后问题。

伪代码如下所示：```function solveQueens(board, row):if row == 8:print(board) # 打印解returnfor col in range(8):if isSafe(board, row, col):board[row][col] = 1solveQueens(board, row + 1)board[row][col] = 0function isSafe(board, row, col):for i in range(row):if board[i][col] == 1:return Falseif col - (row - i) >= 0 and board[i][col - (row - i)] == 1:return Falseif col + (row - i) < 8 and board[i][col + (row - i)] == 1:return Falsereturn Trueboard = [[0]*8 for _ in range(8)]solveQueens(board, 0)```四、实验结果：通过运行上述算法，我们得到了八皇后问题的所有解。

八皇后问题八皇后问题是一个古老而著名的问题，是回溯算法的典型例题。

该问题是十九世纪著名的数学家高斯1850年提出：在8X8格的国际象棋上摆放八个皇后，使其不能互相攻击，即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上，问有多少种摆法。

高斯认为有76种方案。

1854年在柏林的象棋杂志上不同的作者发表了40种不同的解，后来有人用图论的方法解出92种结果。

对于八皇后问题的实现，如果结合动态的图形演示，则可以使算法的描述更形象、更生动，使教学能产生良好的效果。

下面是用Turbo C实现的八皇后问题的图形程序，能够演示全部的92组解。

八皇后问题动态图形的实现，主要应解决以下两个问题。

（1）回溯算法的实现（a）为解决这个问题，我们把棋盘的横坐标定为i，纵坐标定为j,i和j的取值范围是从１到８。

当某个皇后占了位置(i,j)时，在这个位置的垂直方向、水平方向和斜线方向都不能再放其它皇后了。

用语句实现，可定义如下三个整型数组：a[8],b[15],c[24]。

其中：a[j-1]=1 第j列上无皇后a[j-1]=0 第j列上有皇后b[i+j-2]=1 (i,j)的对角线（左上至右下）无皇后b[i+j-2]=0 (i,j)的对角线（左上至右下）有皇后c[i-j+7]=1 (i,j)的对角线（右上至左下）无皇后c[i-j+7]=0 (i,j)的对角线（右上至左下）有皇后（b）为第i个皇后选择位置的算法如下：for(j=1;j<=8;j++) /*第i个皇后在第j行*/if ((i,j)位置为空)）/*即相应的三个数组的对应元素值为1*/{占用位置（i,j）/*置相应的三个数组对应的元素值为0*/if i<8为i+1个皇后选择合适的位置；else 输出一个解}(2)图形存取在Turbo C语言中，图形的存取可用如下标准函数实现：size=imagesize(x1,y1,x2,y2) ;返回存储区域所需字节数。

八皇后问题编辑八皇后问题，是一个古老而著名的问题，是回溯算法的典型例题。

该问题是国际西洋棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出：在8X8格的国际象棋上摆放八个皇后，使其不能互相攻击，即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上，问有多少种摆法。

高斯认为有76种方案。

1854年在柏林的象棋杂志上不同的作者发表了40种不同的解，后来有人用图论的方法解出92种结果。

计算机发明后，有多种方法可以解决此问题。

八皇后问题最早是由国际西洋棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出。

之后陆续有数学家对其进行研究，其中包括高斯和康托，并且将其推广为更一般的n皇后摆放问题。

八皇后问题的第一个解是在1850年由弗朗兹·诺克给出的。

诺克也是首先将问题推广到更一般的n皇后摆放问题的人之一。

1874年，S.冈德尔提出了一个通过行列式来求解的方法，这个方法后来又被J.W.L.格莱舍加以改进。

艾兹格·迪杰斯特拉在1972年用这个问题为例来说明他所谓结构性编程的能力。

八皇后问题在1990年代初期的著名电子游戏第七访客和NDS平台的著名电子游戏雷顿教授与不可思议的小镇中都有出现。

2名词解释算法介绍八皇后问题是一个以国际象棋为背景的问题：如何能够在 8×8 的国际象棋棋盘上放置八个皇后，使得任何一个皇后都无法直接吃掉其他的皇后？为了达到此目的，任两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。

八皇后问题可以推广为更一般的n 皇后摆放问题：这时棋盘的大小变为n ×n ，而皇后个数也变成n 。

当且仅当 n = 1 或 n ≥ 4时问题有解。

C 语言1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 intn=8;intx[9];intnum = 0;//解的个数//判断第k 个皇后能否放在第x[k]列boolPlace(intk){inti = 1;while ( i < k){if ( x[i]==x[k] || (abs (x[i]-x[k]) ==abs (i-k)) )returnfalse ;i++;}returntrue ;}void nQueens(intn){x[0] = x[1] =0;intk=1;while (k > 0){x[k]+=1;//转到下一行while (x[k]<=n && Place(k)==false ){//如果无解，最后一个皇后就会安排到格子外面去 x[k]+=1;}if (x[k]<=n){//第k 个皇后仍被放置在格子内，有解if (k==n){num++;cout << num <<":\t";for (inti=1; i<=n; i++){28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 cout << x[i] <<"\t";}cout << endl;}else {k++;x[k]=0;//转到下一行}}else //第k 个皇后已经被放置到格子外了，没解，回溯k--;//回溯}}int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]){nQueens(n);getchar ();return 0;}Java 算法1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 publicclass Queen {// 同栏是否有皇后，1表示有privateint [] column;// 右上至左下是否有皇后privateint [] rup;// 左上至右下是否有皇后privateint [] lup;// 解答privateint [] queen;// 解答编号privateint num;public Queen() {column =newint [8+1];rup =newint [2*8+1];lup =newint [2*8+1];for (int i =1; i <=8; i++)column[i] =1;2223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465 for(int i =1; i <=2*8; i++)rup[i] = lup[i] =1;queen =newint[8+1];}publicvoid backtrack(int i) {if(i >8) {showAnswer();}else{for(int j =1; j <=8; j++) {if(column[j] ==1&&rup[i+j] ==1&&lup[i-j+8] ==1) {queen[i] = j;// 设定为占用column[j] = rup[i+j] = lup[i-j+8] =0; backtrack(i+1);column[j] = rup[i+j] = lup[i-j+8] =1; }}}}protectedvoid showAnswer() {num++;System.out.println("\n解答 "+ num);for(int y =1; y <=8; y++) {for(int x =1; x <=8; x++) {if(queen[y] == x) {System.out.print(" Q");}else{System.out.print(" .");}}System.out.println();}}publicstaticvoid main(String[] args) {Queen queen =new Queen();queen.backtrack(1);66 67 }}Erlang 算法-module(queen).-export([printf/0,attack_range/2]).-define(MaxQueen, 4).%寻找字符串所有可能的排列%perms([]) ->%[[]];%perms(L) ->% [[H | T] || H <- L, T <-perms(L -- [H])].perms([]) ->[[]];perms(L)->[[H | T] || H <- L, T <- perms(L -- [H]),attack_range(H,T) == []].printf() ->L =lists:seq(1, ?MaxQueen),io:format("~p~n",[?MaxQueen]),perms(L).%检测出第一行的数字攻击到之后各行哪些数字%left 向下行的左侧检测%right 向下行的右侧检测attack_range(Queen,List) ->attack_range(Queen,left, List) ++ attack_range(Queen,right, List).attack_range(_, _, [])->[];attack_range(Queen, left, [H | _]) whenQueen - 1 =:= H ->[H];attack_range(Queen,right, [H | _]) when Queen + 1 =:= H->[H];attack_range(Queen, left, [_ | T])->attack_range(Queen - 1, left,T);attack_range(Queen, right, [_ | T])->attack_range(Queen + 1, right, T).C 语言算法C 代码头文件1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 //eigqueprob.h#include#define N 8 /* N 表示皇后的个数 *//* 用来定义答案的结构体*/typedefstruct {intline;/* 答案的行号 */introw;/* 答案的列号 */}ANSWER_TYPE;/* 用来定义某个位置是否被占用 */12 13 14 15 16 17 18 19 20 typedefenum {notoccued = 0,/* 没被占用 */occued = 1/* 被占用 */}IFOCCUED; /* 该列是否已经有其他皇后占用 */IFOCCUED rowoccu[N];/* 左上-右下对角位置已经有其他皇后占用 */IFOCCUED LeftTop_RightDown[2*N-1];/* 右上-左下对角位置已经有其他皇后占用*/IFOCCUED RightTop_LefttDown[2*N-1];/* 最后的答案记录 */ANSWER_TYPE answer[N];主程序1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 #include "eigqueprob.h"/* 寻找下一行占用的位置 */void nextline(intLineIndex){static asnnum = 0;/* 统计答案的个数 */intRowIndex = 0;/* 列索引 */intPrintIndex = 0;/* 按列开始遍历 */for (RowIndex=0;RowIndex{/* 如果列和两个对角线上都没有被占用的话，则占用该位置 */if ((notoccued == rowoccu[RowIndex])\&&(notoccued == LeftTop_RightDown[LineIndex-RowIndex+N-1])\&&(notoccued == RightTop_LefttDown[LineIndex+RowIndex])){/* 标记已占用 */rowoccu[RowIndex] = occued;LeftTop_RightDown[LineIndex-RowIndex+N-1] = occued;RightTop_LefttDown[LineIndex+RowIndex] = occued;/* 标记被占用的行、列号 */answer[LineIndex].line = LineIndex;answer[LineIndex].row = RowIndex;/* 如果不是最后一行，继续找下一行可以占用的位置 */if ((N-1) > LineIndex ){nextline(LineIndex+1);}/* 如果已经到了最后一行，输出结果 */else{asnnum++;printf ("\nThe %dth answer is :",asnnum);for (PrintIndex=0;PrintIndex{343536373839404142434445464748495051525354 printf("(%d,%d) ",answer[PrintIndex].line+1,answer[PrintIndex].row+1}/* 每10个答案一组，与其他组隔两行 */if((asnnum % 10) == 0)printf("\n\n");}/* 清空占用标志，寻找下一组解 */rowoccu[RowIndex] = notoccued;LeftTop_RightDown[LineIndex-RowIndex+N-1] = notoccued;RightTop_LefttDown[LineIndex+RowIndex] = notoccued;}}}main(){inti = 0;/* 调用求解函数*/nextline(i);/* 保持屏幕结果*/getchar();}C语言实现图形实现对于八皇后问题的实现，如果结合动态的图形演示，则可以使算法的描述更形象、更生动，使教学能产生良好的效果。

⼋皇后以及N皇后问题分析⼋皇后是⼀个经典问题，在8*8的棋盘上放置8个皇后，每⼀⾏不能互相攻击。

因此拓展出 N皇后问题。

下⾯慢慢了解解决这些问题的⽅法：回溯法：回溯算法也叫试探法，它是⼀种系统地搜索问题的解的⽅法。

回溯算法的基本思想是：从⼀条路往前⾛，能进则进，不能进则退回来，换⼀条路再试。

在现实中，有很多问题往往需要我们把其所有可能穷举出来，然后从中找出满⾜某种要求的可能或最优的情况，从⽽得到整个问题的解。

回溯算法就是解决这种问题的“通⽤算法”，有“万能算法”之称。

N皇后问题在N增⼤时就是这样⼀个解空间很⼤的问题，所以⽐较适合⽤这种⽅法求解。

这也是N皇后问题的传统解法，很经典。

算法描述：1. 算法开始，清空棋盘。

当前⾏设为第⼀⾏，当前列设为第⼀列。

2. 在当前⾏，当前列的判断放置皇后是否安全，若不安全，则跳到第四步。

3. 在当前位置上满⾜条件的情况： 在当前位置放⼀个皇后，若当前⾏是最后⼀⾏，记录⼀个解； 若当前⾏不是最后⼀⾏，当前⾏设为下⼀⾏，当前列设为当前⾏的第⼀个待测位置； 若当前⾏是最后⼀⾏，当前列不是最后⼀列，当前列设为下⼀列； 若当前⾏是最后⼀⾏，当前列是最后⼀列，回溯，即清空当前⾏以及以下各⾏的棋盘，然后当前⾏设为上⼀⾏，当前列设为当前⾏的下⼀个待测位置； 以上返回第⼆步。

4.在当前位置上不满⾜条件： 若当前列不是最后⼀列，当前列设为下⼀列，返回到第⼆步； 若当前列是最后⼀列，回溯，即，若当前⾏已经是第⼀⾏了，算法退出，否则，清空当前⾏以及以下各⾏的棋盘，然后，当前⾏设为上⼀⾏，当前列设为当前⾏的下⼀个待测位置，返回第⼆步。

如何判断是否安全：把棋盘存储为⼀个N维数组a[N]，数组中第i个元素的值代表第i⾏的皇后位置，这样便可以把问题的空间规模压缩为⼀维O(N)，在判断是否冲突时也很简单， ⾸先每⾏只有⼀个皇后，且在数组中只占据⼀个元素的位置，⾏冲突就不存在了， 其次是列冲突，判断⼀下是否有a[i]与当前要放置皇后的列j相等即可。

八皇后问题有多少解八皇后问题有92解。

皇后可以在横、竖、斜线上不限步数地吃掉其他棋子。

如何将8个皇后放在棋盘上（有8 * 8个方格），使它们谁也不能被吃掉！这就是著名的八皇后问题。

对于某个满足要求的8皇后的摆放方法，定义一个皇后串a与之对应，‘即a=b1b2…b8，其中bi为相应摆法中第i行皇后所处的列数。

已经知道8皇后问题一共有92组解（即92个不同的皇后串）。

给出一个数b，要求输出第b个串。

串的比较是这样的：皇后串x置于皇后串y之前，当且仅当将x视为整数时比y小。

//输入数据//第1行是测试数据的组数n，后面跟着n行输入。

每组测试数据占1行，包括一个正整数b(1 <= b <= 92)//输出要求//n行，每行输出对应一个输入。

输出应是一个正整数，是对应于b 的皇后串//输入样例//2//1//92//输出样例//15863724//84136275解题思路一因为要求出92种不同摆放方法中的任意一种，所以我们不妨把92种不同的摆放方法一次性求出来，存放在一个数组里。

为求解这道题我们需要有一个矩阵仿真棋盘，每次试放一个棋子时只能放在尚未被控制的格子上，一旦放置了一个新棋子，就在它所能控制的所有位置上设置标记，如此下去把八个棋子放好。

当完成一种摆放时，就要尝试下一种。

若要按照字典序将可行的摆放方法记录下来，就要按照一定的顺序进行尝试。

也就是将第一个棋子按照从小到大的顺序尝试；对于第一个棋子的每一个位置，将第二个棋子从可行的位置从小到大的顺序尝试；在第一第二个棋子固定的情况下，将第三个棋子从可行的位置从小到大的顺序尝试；依次类推。

首先，我们有一个8*8的矩阵仿真棋盘标识当前已经摆放好的棋子所控制的区域。

用一个有92行每行8个元素的二维数组记录可行的摆放方法。

用一个递归程序来实现尝试摆放的过程。

基本思想是假设我们将第一个棋子摆好，并设置了它所控制的区域，则这个问题变成了一个7皇后问题，用与8皇后同样的方法可以获得问题的解。

实验报告——八皇后问题求解（递归和非递归）学号：专业年级：姓名：一、需求分析（要实现的功能描述）1．问题描述八皇后问题是一个以国际象棋为背景的问题：如何能够在8×8的国际象棋棋盘上放置八个皇后，使得任何一个皇后都无法直接吃掉其他的皇后？为了达到此目的，任两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。

八皇后问题可以推广为更一般的n皇后摆放问题：这时棋盘的大小变为n×n，而皇后个数也变成n。

当且仅当n=1或n≥4时问题有解。

八皇后问题最早是由国际国际象棋棋手马克斯·贝瑟尔于1848年提出。

诺克也是首先将问题推广到更一般的n皇后摆放问题的人之一。

2．实现功能八皇后问题实现了在棋盘上摆放八个皇后的功能，这八个皇后任意两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。

3．测试数据测试数据可以通过手工寻找三组满足需要的值，测试数组（M，N），其中M代表皇后所在的行，N代表皇后所在的列。

例如，第一组测试数据：（1，4）、（2，7）、（3，3）、（4、8）、（5，2）、（6，5）、（7，1）、（8，6）；第二组测试数据（1，4）、（2，2）、（3，7）、（4，3）、（5，6）、（6，8）、（7，5）、（8，1）。

最后与编程求得的结果进行比较。

如果这三组数据在最后编程求得的结果中，说明程序的编写基本没有什么问题。

二、概要设计在进行概要设计的过程中，要清楚整个程序包含的功能模块及模块间的调用关系。

对于八皇后问题，整个程序中应该包括主函数模块，摆放皇后的函数模块，以及判断皇后的位置是否摆放正确的判断模块。

对于模块间的关系，在运行主函数的过程中会调用摆放皇后的函数模块，在摆放皇后的函数模块中，又会调用判断皇后位置是否摆放正确的判断模块。

三、详细设计抽象数据类型中定义的各种操作算法实现（用N-S图描述）对于求解八皇后问题的非递归算法，N-S图如下：对于八皇后问题求解的递归算法，N-S图如下：四、调试分析1．程序在调式过程中出现的问题及解决方法由于对于C语言编程问题掌握的并非十分熟练，因而在程序的调试过程中出现了一些问题。