算法学习day30回溯part06-332、51、37

package LeetCode.backtrackpart06;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * 332. 重新安排行程
 * 给你一份航线列表 tickets ，其中 tickets[i] = [fromi, toi] 表示飞机出发和降落的机场地点。请你对该行程进行重新规划排序。
 * 所有这些机票都属于一个从 JFK（肯尼迪国际机场）出发的先生，所以该行程必须从 JFK 开始。如果存在多种有效的行程，请你按字典排序返回最小的行程组合。
 * 例如，行程 ["JFK", "LGA"] 与 ["JFK", "LGB"] 相比就更小，排序更靠前。
 * 假定所有机票至少存在一种合理的行程。且所有的机票 必须都用一次 且 只能用一次。
 * */
public class ReconstructItinerary_332 {
    private LinkedList<String> res;
    private LinkedList<String> path = new LinkedList<>();

    public List<String> findItinerary(List<List<String>> tickets) {
        Collections.sort(tickets, (a, b) -> a.get(1).compareTo(b.get(1)));
        path.add("JFK");
        boolean[] used = new boolean[tickets.size()];
        backTracking((ArrayList) tickets, used);
        return res;
    }

    public boolean backTracking(ArrayList<List<String>> tickets, boolean[] used) {
        if (path.size() == tickets.size() + 1) {
            res = new LinkedList(path);
            return true;
        }

        for (int i = 0; i < tickets.size(); i++) {
            if (!used[i] && tickets.get(i).get(0).equals(path.getLast())) {
                path.add(tickets.get(i).get(1));
                used[i] = true;

                if (backTracking(tickets, used)) {
                    return true;
                }

                used[i] = false;
                path.removeLast();
            }
        }
        return false;
    }
}

package LeetCode.backtrackpart06;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * 51. N 皇后
 * 按照国际象棋的规则，皇后可以攻击与之处在同一行或同一列或同一斜线上的棋子。
 * n皇后问题 研究的是如何将 n个皇后放置在 n×n 的棋盘上，并且使皇后彼此之间不能相互攻击。
 * 给你一个整数 n ，返回所有不同的n皇后问题 的解决方案。
 * 每一种解法包含一个不同的n 皇后问题 的棋子放置方案，该方案中 'Q' 和 '.' 分别代表了皇后和空位。
 * */
public class NQueens_51 {
    List<List<String>> res = new ArrayList<>();

    public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
        char[][] chessboard = new char[n][n];
        for (char[] c : chessboard) {
            Arrays.fill(c, '.');
        }
        backTrack(n, 0, chessboard);
        return res;
    }


    public void backTrack(int n, int row, char[][] chessboard) {
        if (row == n) {
            res.add(Array2List(chessboard));
            return;
        }

        for (int col = 0;col < n; ++col) {
            if (isValid (row, col, n, chessboard)) {
                chessboard[row][col] = 'Q';
                backTrack(n, row+1, chessboard);
                chessboard[row][col] = '.';
            }
        }

    }


    public List Array2List(char[][] chessboard) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        for (char[] c : chessboard) {
            list.add(String.copyValueOf(c));
        }
        return list;
    }


    public boolean isValid(int row, int col, int n, char[][] chessboard) {
        // 检查列
        for (int i=0; i<row; ++i) { // 相当于剪枝
            if (chessboard[i][col] == 'Q') {
                return false;
            }
        }

        // 检查45度对角线
        for (int i=row-1, j=col-1; i>=0 && j>=0; i--, j--) {
            if (chessboard[i][j] == 'Q') {
                return false;
            }
        }

        // 检查135度对角线
        for (int i=row-1, j=col+1; i>=0 && j<=n-1; i--, j++) {
            if (chessboard[i][j] == 'Q') {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}

package LeetCode.backtrackpart06;
/**
 * 37. 解数独
 * 编写一个程序，通过填充空格来解决数独问题。
 * 数独的解法需 遵循如下规则：
 * 数字1-9在每一行只能出现一次。
 * 数字1-9在每一列只能出现一次。
 * 数字1-9在每一个以粗实线分隔的3x3宫内只能出现一次。（请参考示例图）
 * 数独部分空格内已填入了数字，空白格用'.'表示。
 * */
public class SudokuSolver_37 {
    public void solveSudoku(char[][] board) {
        solveSudokuHelper(board);
    }

    private boolean solveSudokuHelper(char[][] board){
        //「一个for循环遍历棋盘的行，一个for循环遍历棋盘的列，
        // 一行一列确定下来之后，递归遍历这个位置放9个数字的可能性！」
        for (int i = 0; i < 9; i++){ // 遍历行
            for (int j = 0; j < 9; j++){ // 遍历列
                if (board[i][j] != '.'){ // 跳过原始数字
                    continue;
                }
                for (char k = '1'; k <= '9'; k++){ // (i, j) 这个位置放k是否合适
                    if (isValidSudoku(i, j, k, board)){
                        board[i][j] = k;
                        if (solveSudokuHelper(board)){ // 如果找到合适一组立刻返回
                            return true;
                        }
                        board[i][j] = '.';
                    }
                }
                // 9个数都试完了，都不行，那么就返回false
                return false;
                // 因为如果一行一列确定下来了，这里尝试了9个数都不行，说明这个棋盘找不到解决数独问题的解！
                // 那么会直接返回， 「这也就是为什么没有终止条件也不会永远填不满棋盘而无限递归下去！」
            }
        }
        // 遍历完没有返回false，说明找到了合适棋盘位置了
        return true;
    }

    /**
     * 判断棋盘是否合法有如下三个维度:
     *     同行是否重复
     *     同列是否重复
     *     9宫格里是否重复
     */
    private boolean isValidSudoku(int row, int col, char val, char[][] board){
        // 同行是否重复
        for (int i = 0; i < 9; i++){
            if (board[row][i] == val){
                return false;
            }
        }
        // 同列是否重复
        for (int j = 0; j < 9; j++){
            if (board[j][col] == val){
                return false;
            }
        }
        // 9宫格里是否重复
        int startRow = (row / 3) * 3;
        int startCol = (col / 3) * 3;
        for (int i = startRow; i < startRow + 3; i++){
            for (int j = startCol; j < startCol + 3; j++){
                if (board[i][j] == val){
                    return false;
                }
            }
        }
        return true;
    }
}