Backtracking in Java

Backtracking เป็นเทคนิคการค้นหาแบบหนึ่งที่ใช้สำหรับแก้ปัญหาการตัดสินใจ มันทำงานโดยทดลองทางเลือกที่เป็นไปได้ทีละอย่างจนกว่าจะพบทางออกหรือยืนยันว่าไม่มีทางออก ด้วยการ "ย้อนกลับ" หากทางเลือกนั้นนำไปสู่สถานการณ์ที่ไม่ต้องการหรือไม่มีโอกาสเป็นไปตามเงื่อนไขที่ตั้งไว้

การใช้งาน Backtracking ใน Java

ตัวอย่างของ Backtracking ที่ทรงพลังและน่าสนใจคือ การแก้ปัญหา "N Queens Problem" ซึ่งต้องการวางหมากรุก N ตัวในกระดานชนวนขนาด N×N โดยที่ไม่มีหมากรุกใดๆสามารถจับหมากรุกตัวอื่นได้

public class NQueens {
    final int N;

    public NQueens(int N) {
        this.N = N;
    }

    private boolean isSafe(int board[][], int row, int col) {
        for (int i = 0; i < col; i++)
            if (board[row][i] == 1)
                return false;

        for (int i=row, j=col; i>=0 && j>=0; i--, j--)
            if (board[i][j] == 1)
                return false;

        for (int i=row, j=col; j>=0 && i= N) return true;

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            if (isSafe(board, i, col)) {
                board[i][col] = 1;

                if (solveNQUtil(board, col + 1))
                    return true;

                board[i][col] = 0; // BACKTRACK
            }
        }

        return false;
    }

    public boolean solveNQ() {
        int board[][] = new int[N][N];

        if (!solveNQUtil(board, 0)) {
            System.out.print("Solution does not exist");
            return false;
        }

        printSolution(board);
        return true;
    }

    private void printSolution(int board[][]) {
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < N; j++)
                System.out.print(" " + board[i][j] + " ");
            System.out.println();
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        NQueens Queen = new NQueens(4);
        Queen.solveNQ();
    }
}

Usecase ในโลกจริง

Backtracking มีการใช้งานหลากหลายทางด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ เช่น การหาลำดับ (permutations), การแก้ปัญหา mazes, และการค้นหาคำที่เป็นไปได้ในเกมปริศนาเช่น Sudoku และ Crossword.

Complexity

ความซับซ้อนของ Backtracking อาจสูงมากเนื่องจากมีลักษณะชอบค้นหาแบบ exhaustive ในบางกรณีที่อาจจะเป็น worst case จะได้เวลาที่เป็น $O(n^n)$ สำหรับ N Queens Problem, โดยที่ n เป็นจำนวนหมากรุกหรือขนาดของกระดาน

ข้อดีของ Backtracking

- ง่ายต่อการเขียนและทำความเข้าใจ

- ให้ทางเลือกที่เป็นไปได้ทั้งหมดในการแก้ปัญหา

- ปรับใช้ได้กับปัญหาที่มีตัวแปรมากมาย

ข้อเสียของ Backtracking

- อาจใช้เวลานานในการค้นหาทางเลือกที่ถูกต้องหรือไม่มีเลย

- ประสิทธิภาพตกต่ำในกรณีที่ solution space มีขนาดใหญ่

ต้องการที่จะเรียนรู้และประยุกต์ใช้ Backtracking ในการแก้ปัญหาจริงหรือไม่? EPT คือสถานที่ที่จะช่วยคุณสานฝันในโลกโปรแกรมมิ่ง ด้วยทีมผู้สอนที่เชี่ยวชาญและมีประสบการณ์!

หมายเหตุ: ข้อมูลในบทความนี้อาจจะผิด โปรดตรวจสอบความถูกต้องของบทความอีกครั้งหนึ่ง บทความนี้ไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงใด ๆ ได้ ทาง EPT ไม่ขอยืนยันความถูกต้อง และไม่ขอรับผิดชอบต่อความเสียหายใดที่เกิดจากบทความชุดนี้ทั้งทางทรัพย์สิน ร่างกาย หรือจิตใจของผู้อ่านและผู้เกี่ยวข้อง