八皇后问题是一个经典的回溯算法问题,目的是在 8x8 的棋盘上放置 8 个皇后,使得它们不能相互攻击。也就是说,任意两个皇后不能在同一行、同一列或同一对角线上。
这是一个使用 Rust 解决八皇后问题的完整代码,并附有详细的注解。Rust 和 Haskell 等函数式语言不同,在处理递归或高阶函数时,语法略有不同。我们可以使用回溯算法来解决这个问题。
Rust 解决八皇后问题的源代码:
fn main() {let n = 8;let mut board = vec![]; // 用于保存棋盘的状态,board[i] 代表第 i 列的皇后位置(即行号)solve_n_queens(n, &mut board);
}fn solve_n_queens(n: usize, board: &mut Vec<usize>) {if board.len() == n {print_board(board, n); // 如果所有皇后都放置完毕,打印当前解} else {for row in 0..n {if is_safe(board, row) {board.push(row); // 将皇后放在当前列的 row 行solve_n_queens(n, board); // 递归地放置下一列的皇后board.pop(); // 回溯,移除当前列的皇后,尝试下一个可能的行}}}
}// 判断是否可以安全地在当前列的某一行放置皇后
fn is_safe(board: &Vec<usize>, row: usize) -> bool {let current_col = board.len(); // 当前要放置的列号for (col, &placed_row) in board.iter().enumerate() {// 检查:// 1. 同一行(不能在同一行放置皇后)// 2. 对角线(不能在对角线上放置皇后)if placed_row == row || (placed_row as isize - row as isize).abs() == (current_col as isize - col as isize) {return false; // 如果同一行或对角线冲突,返回 false}}true // 如果没有冲突,返回 true
}// 打印棋盘的状态
fn print_board(board: &Vec<usize>, n: usize) {for &row in board.iter() {let mut line = vec!['.'; n]; // 初始化每一行,所有位置默认都是 "."line[row] = 'Q'; // 在当前行的正确位置放置皇后 "Q"println!("{}", line.iter().collect::<String>()); // 打印该行}println!(); // 每个解之间空一行
}
代码的详细解释:
-
主函数
main
:fn main() {let n = 8;let mut board = vec![]; // 用于保存棋盘的状态,board[i] 代表第 i 列的皇后位置(即行号)solve_n_queens(n, &mut board); }
- 这里的
n
是皇后数量(问题的大小),即 8 皇后问题。 board
是一个Vec<usize>
,用于保存每一列的皇后位置。board[i]
表示第i
列的皇后所处的行号。我们一开始用空的棋盘开始。- 调用
solve_n_queens
函数,它负责递归地解决问题并找到所有解。
- 这里的
-
递归求解函数
solve_n_queens
:fn solve_n_queens(n: usize, board: &mut Vec<usize>) {if board.len() == n {print_board(board, n); // 如果所有皇后都放置完毕,打印当前解} else {for row in 0..n {if is_safe(board, row) {board.push(row); // 将皇后放在当前列的 row 行solve_n_queens(n, board); // 递归地放置下一列的皇后board.pop(); // 回溯,移除当前列的皇后,尝试下一个可能的行}}} }
solve_n_queens
是递归求解八皇后问题的核心函数。- 它首先检查当前列是否已经放置了所有皇后,如果是,就调用
print_board
函数输出棋盘。 - 如果还没放满皇后,程序会逐行尝试在当前列放置皇后,并通过
is_safe
检查当前行是否安全。如果安全,将该行号加入棋盘(board.push(row)
),然后递归地解决下一列(调用solve_n_queens
)。 - 在尝试所有可能行之后,通过
board.pop()
回溯,移除之前放置的皇后,继续尝试下一行。
-
安全检查函数
is_safe
:fn is_safe(board: &Vec<usize>, row: usize) -> bool {let current_col = board.len(); // 当前要放置的列号for (col, &placed_row) in board.iter().enumerate() {// 检查:// 1. 同一行(不能在同一行放置皇后)// 2. 对角线(不能在对角线上放置皇后)if placed_row == row || (placed_row as isize - row as isize).abs() == (current_col as isize - col as isize) {return false; // 如果同一行或对角线冲突,返回 false}}true // 如果没有冲突,返回 true }
is_safe
函数检查在当前列的某一行放置皇后是否安全。- 它遍历
board
中已经放置的所有皇后,确保不会与当前尝试放置的皇后冲突。冲突的条件是:- 在同一行(
placed_row == row
)。 - 在同一对角线(两个皇后的行差和列差的绝对值相等,即
(placed_row - row).abs() == (current_col - col)
)。
- 在同一行(
- 如果有任何冲突,返回
false
;否则,返回true
。
-
打印棋盘函数
print_board
:fn print_board(board: &Vec<usize>, n: usize)