【分治法】棋盘覆盖问题java实现
文章目录
- 问题描述
- 问题分析
- 算法设计
- java代码
问题描述
在一个2k × 2k个放个中,恰好只有一个方格是残缺的。也就是在这个棋盘中有一个方格与其它的格子不同, 我们称这种棋盘为残缺棋盘。
下图所示k=2时,也就是一个22 × 22的棋盘,其中第一行第二列这个方格为一个与众不同的方格。
覆盖是指,用L型骨牌覆盖残缺棋盘上所有方格,覆盖是要求二任何两个L型骨牌不能重叠。
问题分析
首先分析一下用于覆盖的骨牌的情况,那么L型骨牌有几种了?
观察发现,L型骨牌是可以旋转的。经过旋转后有四种情况,如下图所示,
残缺方格共有2k × 2k种,对于任何k>=0,残缺棋盘有2k × 2k种。
2k × 2k的棋盘中有一个是残缺方格,因此有4k个方格,除去一个残缺的方格,共有4k - 1个方格要覆盖,而每个骨牌有三个格子,因此,用到的骨牌数量应该是(4k -1)/3个。
下图给出了一个覆盖的实例。在这个棋盘中,共有15空格要覆盖,15/3=5。5个L型骨牌进行覆盖。
算法设计
采用分治的策略,第一个关键问题为分割,将原问题分割为若干个小规模的问题。那么怎么分割呢?
当k>0时,将2k × 2k棋盘分割为4个2k -1× 2k-1的子棋盘。
问题规模由原来的2k 变为2k-1 。子问题的规模是原问题的一半。
那么对应的四个子问题分别是什么情况呢?
此时,残缺方格一定位于四个子棋盘之一,因为残缺方格只有一个。问题规模由原来的2k 变为2k-1 ,子问题的规模是原问题规模的一半。
对于2k × 2k的棋盘有如下的特点:
1、正方形
是否能将问题分治为多个子问题。
2、棋盘上有一个残缺方格
分解后的子问题汇中应该有一个残缺方格
通过观察我们可以发现,分解后的子问题中,有三个棋盘没有残缺,与原问题不同。而分治法要求,子问题相互独立且与原问题相同,因此将剩余三个棋盘转换为残缺棋盘用L型骨牌覆盖这三个较小棋盘的结合处。
L型骨牌恰好有三个方格,我们用这三个方格覆盖3个子棋盘的结合处。这三个棋盘上被L型骨牌覆盖的方格,就成为该棋盘上的残缺方格。这样就将原问题分解为4个较小规模的棋盘覆盖问题。
对于子问题怎么求解了?
每一次分割都可以将原问题的规模缩小二分之一,针对这类问题,可以递归的使用这种分割方法吗,知道把问题化简到一个可解的状态。
java代码
package com.java2;public class ChessBoard
{int tile=1;//表示L型骨牌的编号int[][] board = new int[4][4];//表示棋盘//处理带有特殊棋子的棋盘.tr、tc表示棋盘的入口即左上角的行列号,dr、dc表示特殊棋子的行列位置,size表示棋盘的行数或者列数public void chessBoard(int tr, int tc, int dr, int dc, int size){if(size == 1) return;int t = tile++;System.out.println(t);int s = size/2;//每一次化大棋盘为一半的子棋盘//要处理带有特殊棋子的棋盘,第一步先处理左上棋盘if(dr < tr + s && dc< tc + s)//左上角子棋盘有特殊棋子chessBoard(tr,tc,dr,dc,s);//处理有特殊棋子的左上角子棋盘else//处理无特殊棋子的左上角子棋盘{board[tr+s-1][tc+s-1] = t;//设左上角子棋盘的右下角为特殊棋子,用t型的骨牌覆盖。由于骨牌有三种,当处理过程中同一级设置的特殊棋子用相同的骨牌覆盖chessBoard(tr,tc,tr+s-1,tc+s-1, s);//处理有用骨牌覆盖的格子作为特殊棋子的左上角子棋盘}//第二步处理右上角棋盘if(dr < tr+s && dc >=tc+s)//右上角子棋盘有特殊棋子{chessBoard(tr,tc+s,dr,dc,s);//处理有特殊棋子的右上角子棋盘} else{board[tr+s-1][tc+s] =t;//设右上角子棋盘的左下角为特殊棋子,用t型的骨牌覆盖。由于骨牌有三种,当处理过程中同一级设置的特殊棋子用相同的骨牌覆盖chessBoard(tr,tc+s,tr+s-1,tc+s,s);//处理有用骨牌覆盖的格子作为特殊棋子的右上角子棋盘}//第三步处理左下角子棋盘if(dr >=tr+s && dc<tc+s)//左下角子棋盘有特殊棋子{chessBoard(tr+s,tc,dr,dc,s);//处理有特殊棋子的左下角子棋盘}else{board[tr+s][tc+s-1] = t;//设左下角子棋盘的右上角为特殊棋子,用t型的骨牌覆盖。由于骨牌有三种,当处理过程中同一级设置的特殊棋子用相同的骨牌覆盖chessBoard(tr+s,tc,tr+s,tc+s-1,s);//处理有用骨牌覆盖的格子作为特殊棋子的左下角子棋盘}//第四步处理右下角棋盘if(dr>=tr+s&& dc>= tc+s)//右下角子棋盘有特殊棋子{ chessBoard(tr+s,tc+s,dr,dc,s);//处理有特殊棋子的右下角子棋盘}else{board[tr+s][tc+s] = t;//设子棋盘右下角的左上角为特殊棋子,用t型的骨牌覆盖。由于骨牌有三种,当处理过程中同一级设置的特殊棋子用相同的骨牌覆盖chessBoard(tr+s,tc+s,tr+s,tc+s,s);//处理有用 骨牌覆盖的格子作为特殊棋子的右下角子棋盘}}public static void main(String[] args){ChessBoard c = new ChessBoard();c.chessBoard(0,0,1,1,4);for(int i = 0; i <4; i++){ for(int j = 0; j <4; j++)System.out.print(c.board[i][j]+" ");System.out.println();}}}
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