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人工智能——四皇后问题一、问题描述四皇后问题一个4×4国际象棋盘，依次放入四个皇后，条件：每行、每列及对角线上只允许出现一枚棋子。设：DATA=L（表）x∈Lx∈﹛ij﹜1≤i,j≤4其中：ij表示棋子所在行列如：24表示第二行第四列有一枚棋子∵棋盘上可放入的棋子数为0～4个∴L表中的元素数为0～4个，即LengthL=0～4，如图A﹛12，24，31，43﹜定义规则：if1≤i≤4andLengthDATA=i－1thenAPPEND(DATA(ij))1≤j≤4①对于任一行i，1≤j≤4表明每行有四条规则。比如第一行：R11，R12，R13，R14②棋盘中共有四行，所以共有16条规则。即：R11，R12，R13，R14R21，R22，R23，R24R31，R32，R33，R34R41，R42，R43，R44③16条规则中，哪些是当前可用规则，取决于DATA的长度，即：DATA中的元素个数。换言之，每次只能将一个棋子放在当前行的下一行。二、回溯法搜索策略图讨论：上述算法产生22次回溯，原因在于规则自然顺序排列，没考虑任何智能因素。改进算法定义对角线函数：diag(i,j)：过ij点最长的对角线长度值。规定：①如果：diag(i,k)≤diag(i,j)则规则排列次序为：Rik，Rij同一行四条规则中，对角线函数值小的排在前面②如果：diag(i,k)＝diag(i,j)则规则排列次序为：Rij，Rikj＜k对角线长度相等的规则按照字母排列顺序排序讨论：①利用局部知识排列规则是有效的。②BACKTRACK算法对重复出现的状态没有判断，所以可能造成出现死循环。③没有对搜索深度加以限制，可能造成搜索代价太大。三、算法描述回溯法——在约束条件下先序遍历，并在遍历过程中剪去那些不满足条件的分支。使用回溯算法求解的问题特征，求解问题要分为若干步，且每一步都有几种可能的选择，而且往往在某个选择不成功时需要回头再试另外一种选择，如果到达求解目标则每一步的选择构成了问题的解，如果回头到第一步且没有新的选择则问题求解失败。在回溯策略中，也可以通过引入一些与问题相关的信息来加快搜索解的速度。对于皇后问题来说，由于每一行、每一列和每一个对角线，都只能放一个皇后，当一个皇后放到棋盘上后，不管它放在棋盘的什么位置，它所影响的行和列方向上的棋盘位置是固定的，因此在行、列方面没有什么信息可以利用。但在不同的位置，在对角线方向所影响的棋盘位置数则是不同的。可以想象，如果把一个皇后放在棋盘的某个位置后，它所影响的棋盘位置数少，那么给以后放皇后留下的余地就太大，找到解的可能性也大；反之留有余地就小，找到解的可能性也小。四、算法流程图五、源程序#includestdio.h#defineN4charboard[N][N];intt;intcol[N];//存储第i行对应的列的值，这样的(i,j)值满足当前棋盘上的皇后不能互相攻击。intsafetyPlace(intx,inty)//(x,y)位置是否安全{inti,j;for(i=0;ix;i++){j=col[i];if(x==i||y==j)return0;if(x-y==i-j||x+y==i+j)//判断左右对角线return0;}return1;}voidget_position(inti)//处在第i行时状态{intw,j;chara[1]={3};if(i==N)//输出棋盘{for(w=0;wN;w++){for(j=0;jN;j++){if(board[w][j]==001)printf(%c,board[w][j]);else{printf(%c,a[0]);printf(%c,board[w][j]);}}printf(\n);}printf(\n);printf(--------------\n);t++;}else{intu;for(u=0;uN;u++){if(safetyPlace(i,u)==1){col[i]=u;//记录下第i行可行的列的位置board[i][u]=001;//放置皇后get_position(i+1);//转换到下一个状态，即下一行col[i]=0;//回溯到当前状态，重置列和棋盘的值board[i][u]=0;}}}}main(){printf(%c是皇后!\n\n,001);get_position(0);printf(一共有%d种方法！\n,t);}六、结果截图七、总结——心得体会通过对四皇后问题的编程学习，让我对搜索策略更深层次的理解，尤其能比较熟练掌握回溯策略——首先将规则给出一个固定的排序，在搜索时，对当前状态（搜索开始时，当前状态是初始状态）依次检测每一条规则，在当前状态未使用过的规则中找到第一条可应用规则，应用于当前状态，得到的新状态重新设置为当前状态，并重复以上搜索。如果当前状态无规则可用，或者所有规则已经被试探过仍未找到问题的解，则将当前状态的前一个状态（即直接生成该状态的状态）设置为当前状态。重复以上搜索，直到找到问题的解，或者试探了所有可能后仍找不到问题的解为止。同时，在整个编程学习过程中，使得我对人工智能感到越来越多的趣味性（例如四皇后问题上升到n皇后如何求解），更引起我对学习人工智能这门课程的积极性。