分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

最终效果:https://chromezh.github.io/knights-tour-visualization/

代码:https://github.com/chromezh/knights-tour-visualization

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

代码采用纯 C 语言编写,然后通过 Emscripten 将 C 语言编译为 JavaScript,放入网页中,使用 Canvas 绘图。

算法:

解决马踏棋盘问题,我使用的算法是分治法,是对论文 Parberry, Ian. “An efficient algorithm for the Knight’s tour problem.” Discrete Applied Mathematics 73.3(1997):251-260. 中算法的实现。

定义 1:如果能从棋盘上最后遍历的一个点回到第一个点,则称这种马的遍历是闭合的

定义 2:如果马的遍历路径包含下图中的所有路径,则称这种马的遍历是结构性的

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

数学上已经证明:n * n 棋盘上具有闭合的马的遍历路径当且仅当 n ≥ 6 且是偶数。

对于 6 * 6, 6 * 8, 8 * 8, 8 * 10, 10 * 10, 10 * 12 的棋盘,已经找到闭合的结构性的马的遍历路径,如下图所示:

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

这说明对于 n ∈ {6, 8, 10},问题已经解决了。

对于更大的 n, 考虑将棋盘分割为小块,每一小块符合上述大小,例如对于 n = 42,可以进行如下分割:

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

分割后,每一个小块都已经解决,下一步是将各个小块连接在一起。由于每个小块都是结构性的,可以将角上的路径做如下替换,问题得到解决。

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

数据结构如下:

由于每个点只与其它两个点相连,将路径存放在有两个元素的数组中。

从一个点到其它点只有 8 种可能的方向,定义为 0-7。

分治法解决马踏棋盘问题(马走日问题)

point attribute 变量存放这个点的属性,在棋盘的角上有 8 个位置需要替换,定义为 0-7,不需要替换的是普通点,定义为 8。