說明
騎士旅遊(Knight tour)在十八世紀初倍受數學家與拼圖迷的注意,它什麼時候被提出已不可考,騎士的走法為西洋棋的走法,騎士可以由任一個位置出發,它要如何走完[所有的位置?
解法
騎士的走法,基本上可以使用遞迴來解決,但是純綷的遞迴在維度大時相當沒有效率,一個聰明的解法由J.C.
Warnsdorff在1823年提出,簡單的說,先將最難的位置走完,接下來的路就寬廣了,騎士所要走的下一步,「為下一步再選擇時,所能走的步數最少
的一步。」,使用這個方法,在不使用遞迴的情況下,可以有較高的機率找出走法(找不到走法的機會也是有的)。
演算法
FOR(m = 2; m <= 總步數; m++) [ 測試下一步可以走的八個方向,記錄可停留的格數count。
IF(count == 0) [ 遊歷失敗 ] ELSE IF(count == 1) [ 下一步只有一個可能 ] ELSE [ 找出下一步的出路最少的格子 如果出路值相同,則選第一個遇到的出路。 ]
走最少出路的格子,記錄騎士的新位置。 ]
實作
#include <stdio.h>
int board[8][8] = {0};
int main(void) { int startx, starty; int i, j;
printf("輸入起始點:"); scanf("%d %d", &startx, &starty);
if(travel(startx, starty)) { printf("遊歷完成!\n"); } else { printf("遊歷失敗!\n"); }
for(i = 0; i < 8; i++) { for(j = 0; j < 8; j++) { printf("%2d ", board[i][j]); } putchar('\n'); }
return 0; }
int travel(int x, int y) { // 對應騎士可走的八個方向 int ktmove1[8] = {-2, -1, 1, 2, 2, 1, -1, -2}; int ktmove2[8] = {1, 2, 2, 1, -1, -2, -2, -1};
// 測試下一步的出路 int nexti[8] = {0}; int nextj[8] = {0};
// 記錄出路的個數 int exists[8] = {0};
int i, j, k, m, l; int tmpi, tmpj; int count, min, tmp;
i = x; j = y;
board[i][j] = 1;
for(m = 2; m <= 64; m++) { for(l = 0; l < 8; l++) { exists[l] = 0; }
l = 0;
// 試探八個方向 for(k = 0; k < 8; k++) { tmpi = i + ktmove1[k]; tmpj = j + ktmove2[k];
// 如果是邊界了,不可走 if(tmpi < 0 || tmpj < 0 || tmpi > 7 || tmpj > 7) continue;
// 如果這個方向可走,記錄下來 if(board[tmpi][tmpj] == 0) { nexti[l] = tmpi; nextj[l] = tmpj; // 可走的方向加一個 l++; } }
count = l;
// 如果可走的方向為0個,返回 if(count == 0) { return 0; } else if(count == 1) { // 只有一個可走的方向 // 所以直接是最少出路的方向 min = 0; } else { // 找出下一個位置的出路數 for(l = 0; l < count; l++) { for(k = 0; k < 8; k++) { tmpi = nexti[l] + ktmove1[k]; tmpj = nextj[l] + ktmove2[k];
if(tmpi < 0 || tmpj < 0 || tmpi > 7 || tmpj > 7) { continue; }
if(board[tmpi][tmpj] == 0) exists[l]++; } }
tmp = exists[0]; min = 0;
// 從可走的方向中尋找最少出路的方向 for(l = 1; l < count; l++) { if(exists[l] < tmp) { tmp = exists[l]; min = l; } } }
// 走最少出路的方向 i = nexti[min]; j = nextj[min]; board[i][j] = m; }
return 1; }
public class Knight { public boolean travel(int startX, int startY, int[][] board) { // 對應騎士可走的八個方向 int[] ktmove1 = {-2, -1, 1, 2, 2, 1, -1, -2}; int[] ktmove2 = {1, 2, 2, 1, -1, -2, -2, -1}; // 下一步出路的位置 int[] nexti = new int[board.length]; int[] nextj = new int[board.length]; // 記錄出路的個數 int[] exists = new int[board.length]; int x = startX; int y = startY; board[x][y] = 1; for(int m = 2; m <= Math.pow(board.length, 2); m++) { for(int k = 0; k < board.length; k++) { exists[k] = 0; } int count = 0; // 試探八個方向 for(int k = 0; k < board.length; k++) { int tmpi = x + ktmove1[k]; int tmpj = y + ktmove2[k]; // 如果是邊界了,不可走 if(tmpi < 0 || tmpj < 0 || tmpi > 7 || tmpj > 7) { continue; } // 如果這個方向可走,記錄下來 if(board[tmpi][tmpj] == 0) { nexti[count] = tmpi; nextj[count] = tmpj; // 可走的方向加一個 count++; } } int min = -1; if(count == 0) { return false; } else if(count == 1) { min = 0; } else { // 找出下一個位置的出路數 for(int l = 0; l < count; l++) { for(int k = 0; k < board.length; k++) { int tmpi = nexti[l] + ktmove1[k]; int tmpj = nextj[l] + ktmove2[k];
if(tmpi < 0 || tmpj < 0 || tmpi > 7 || tmpj > 7) { continue; }
if(board[tmpi][tmpj] == 0) exists[l]++; } }
int tmp = exists[0]; min = 0;
// 從可走的方向中尋找最少出路的方向 for(int l = 1; l < count; l++) { if(exists[l] < tmp) { tmp = exists[l]; min = l; } } } // 走最少出路的方向 x = nexti[min]; y = nextj[min]; board[x][y] = m; } return true; } public static void main(String[] args) { int[][] board = new int[8][8]; Knight knight = new Knight(); if(knight.travel( Integer.parseInt(args[0]), Integer.parseInt(args[1]), board)) { System.out.println("遊歷完成!"); } else { System.out.println("遊歷失敗!"); } for(int i = 0; i < board.length; i++) { for(int j = 0; j < board[0].length; j++) { if(board[i][j] < 10) { System.out.print(" " + board[i][j]); } else { System.out.print(board[i][j]); } System.out.print(" "); } System.out.println(); } } }
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