กลับมาทบทวน: Backtracking ในการเขียนโปรแกรมด้วยภาษา Scala

 

บทนำ

การเขียนโปรแกรมในยุคปัจจุบันนั้นไม่เพียงแต่ต้องมีความรู้เกี่ยวกับภาษาโปรแกรมเท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจอัลกอริธึมต่าง ๆ ที่ช่วยทำให้การแก้ปัญหานั้นง่ายขึ้น วันนี้เราจะพูดถึงอัลกอริธึมที่น่าสนใจและถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย นั่นคือ **Backtracking** ยิ่งถ้าเราใช้ภาษา **Scala** ในการเขียนด้วยแล้ว ยิ่งจะทำให้เรื่องนี้น่าสนใจมากขึ้น!

 

Backtracking คืออะไร?

Backtracking เป็นอัลกอริธึมที่ใช้ในการค้นหาหรือหาวิธีการแก้ปัญหาที่เหมาะสม โดยใช้วิธีการ "ลอง-ผิด" (Trial and Error) แค่ทำการค้นหาและย้อนกลับไปที่จุดเริ่มต้นเมื่อค้นพบว่าทางนั้นไม่สามารถสร้างวิธีการแก้ปัญหาได้ ซึ่งทำให้ backtracking เป็นแนวทางที่ดีในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการค้นหา เช่น:

- การจัดเรียงลำดับแบบทำให้ครบถ้วน (Permutations)

- ปัญหาการจัดเตรียม (Combination)

- ปัญหาการทำ Sudoku

- และปัญหาคล้ายกันที่ต้องการการทดลองเลือก

แนวทางการทำงานของ Backtracking:

1. เลือก ตัวเลือกที่เป็นไปได้ 2. ทำการทดลอง ตัวเลือกนั้น 3. ถ้าเกิดว่า ตัวเลือกที่ทดลองได้ไม่มีทางไปข้างหน้า ให้ ย้อนกลับ และเลือกตัวเลือกถัดไป

 

Use Case ในโลกจริง

ลองนำแนวทางนี้ไปใช้ในโลกจริงกัน พูดถึงการแก้ปัญหาการหาที่นั่งในโรงหนัง เมื่อมีคนจำนวนมากสนใจที่จะจองที่นั่งในหนัง แต่ต้องคำนึงถึงการเลือกที่นั่งที่อยู่ติดกัน ดังนั้นการใช้ Backtracking จะช่วยให้ระบบสามารถหาที่นั่งที่ดีที่สุดและสามารถจัดการการจองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

ตัวอย่าง Code ด้วยภาษา Scala

มาดูตัวอย่างการใช้ backtracking โดยการหาวิธีการจัดเตรียมตัวเลขจาก 1 ถึง n ที่ไม่ซ้ำกันในรูปแบบของการจัดเรียง (Permutations):

 object BacktrackingExample {

  def permute(nums: Array[Int]): List[List[Int]] = {
    def backtrack(start: Int): List[List[Int]] = {
      if (start == nums.length) {
        List(nums.toList)
      } else {
        (for {
          i <- start until nums.length
          _ = swap(nums, start, i)
          perm <- backtrack(start + 1)
          _ = swap(nums, start, i)
        } yield perm).toList
      }
    }

    backtrack(0)
  }

  private def swap(nums: Array[Int], i: Int, j: Int): Unit = {
    val temp = nums(i)
    nums(i) = nums(j)
    nums(j) = temp
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val nums = Array(1, 2, 3)
    val result = permute(nums)
    println(result)
  }
}

อธิบาย Code ด้านบน

ฟังก์ชัน `permute` รับอาเรย์ของจำนวนเต็ม (Int) และส่งกลับลิสต์ของลิสต์ที่มีการจัดเรียงแบบครบถ้วน ทุกครั้งที่ทำการเรียกฟังก์ชัน `backtrack` ผ่านลูป `for` เราจะทำการสลับตัวเลขเพื่อที่จะสร้างการจัดเรียงที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งจะสร้างตามโครงสร้างของ Backtracking โดยมีการย้อนกลับไปเมื่อเจอการเรียงที่ไม่ตรงตามที่ต้องการ

 

การวิเคราะห์ Complexity

การใช้ Backtracking แม้ว่าจะมีความยืดหยุ่นและช่วยในการหาคำตอบ แต่ก็ต้องระวังเรื่องของความซับซ้อนในการคำนวณ โดยเฉพาะเมื่อจำนวนตัวเลือกมากขึ้น การวิเคราะห์เวลารันจะอยู่ที่ O(n!) สำหรับการจัดเรียง เนื่องจากทุกอนุกรมมีความเป็นไปได้ที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมากในข้อมูลขนาดใหญ่

 

ข้อดีและข้อเสียของ Backtracking

ข้อดี:

- ความยืดหยุ่น: สามารถปรับใช้เพื่อแก้ปัญหาหลายประเภท - ง่ายต่อการเข้าใจ: มีหลักการที่ชัดเจนในกระบวนการทำงาน - สามารถแก้ปัญหาที่ซับซ้อนได้: เช่น Sudoku หรือ N-Queens

ข้อเสีย:

- ความซับซ้อนในการคำนวณ: อาจมีเวลารันที่ยาวนานในกรณีที่มีข้อมูลจำนวนมาก - ต้องพึ่งพาสถานะของโครงสร้างข้อมูล: ถ้าต้องมีการเก็บข้อมูลเพิ่มเติม อาจซับซ้อนขึ้น

 

สรุป

Backtracking เป็นอัลกอริธึมที่สำคัญในการเขียนโปรแกรมที่ช่วยให้เราสามารถหาทางออกของปัญหาต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพในหลายสถานการณ์ ไม่ว่าจะเป็นในกรณีของการจัดเรียงข้อมูลหรือการแก้ปัญหาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน

หากท่านใดสนใจเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอัลกอริธึมและการเขียนโปรแกรมสามารถมาร่วมเรียนรู้ได้ที่ EPT (Expert-Programming-Tutor) ซึ่งเรามีวิธีการที่สนุก และเป็นระบบในการสอนเพื่อให้คุณเข้าใจเนื้อหาและนำไปใช้ได้อย่างแท้จริง!

การศึกษาการเขียนโปรแกรมควรเป็นเรื่องที่สนุก ไม่ใช่เรื่องน่าเบื่อ เข้ามาเรียนรู้และสร้างทักษะไปด้วยกันที่ EPT กันเถอะ!

 

 

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