Backtracking: การค้นหาวิธีแก้ด้วย Algorith ที่ทรงพลังในโลกของโปรแกรมมิ่ง

 

ในโลกของการเขียนโปรแกรม Backtracking เป็นหนึ่งในเทคนิคที่เปรียบเสมือนผู้ช่วยที่สำคัญในการหาคำตอบของปัญหาที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราต้องการค้นหาคำตอบจากชุดค่าที่เป็นไปได้หลายชุด อย่างเช่นการเล่นเกมส์, การทำปัญหาจากกริด, หรือแม้กระทั่งการเลือกสิ่งที่ดีที่สุดจากตัวเลือกที่หลากหลาย

 

Backtracking คืออะไร?

Backtracking คือเทคนิคการค้นหาของอัลกอริธึมที่ใช้ในการแก้ปัญหาที่สามารถแบ่งเป็นระดับต่างๆ โดยจะเริ่มต้นจากการเลือกตัวเลือกใดตัวเลือกหนึ่ง จากนั้นจะตรวจสอบว่าตัวเลือกที่เลือกสามารถนำไปสู่คำตอบสุดท้ายได้หรือไม่ ถ้าไม่ได้ก็จะกลับมาหาตัวเลือกแรกเพื่อเลือกต่อไปจนกว่าจะได้คำตอบที่ถูกต้องหรือไม่มีตัวเลือกใดที่เป็นไปได้เลย

การทำงานของ Backtracking

การทำงานของ Backtracking ทำได้ดังนี้:

1. เลือกตัวเลือกในจุดเริ่มต้น (เช่น เลือกตัวเลขจากชุดที่วางไว้)

2. ตรวจสอบว่าตัวเลือกดังกล่าวไปสู่คำตอบที่ถูกต้องหรือไม่

3. ถ้าใช่ให้ดำเนินการต่อในระดับถัดไป

4. ถ้าไม่ใช่ให้ย้อนกลับและเลือกตัวเลือกใหม่ในระดับก่อนหน้า

ตัวอย่าง Code ภาษา ABAP

เพื่อให้เห็นภาพการทำงานของ Backtracking ชัดเจนขึ้น ลองมาดูตัวอย่างการแก้ปัญหาผ่านการใช้ภาษา ABAP ซึ่งในที่นี้เราจะใช้ Backtracking เพื่อหาทุกชุดของตัวเลขที่สามารถรวมกันได้ตามเงื่อนไขเฉพาะ:

 DATA: lt_numbers TYPE TABLE OF i,
      lv_target  TYPE i,
      lt_results TYPE TABLE OF i.

lt_numbers = VALUE #( 1 2 3 4 5 ).
lv_target = 5.

FORM Backtrack USING it_current TYPE TABLE OF i lv_sum TYPE i.
    DATA: lv_index TYPE i,
          lv_candidate TYPE i.

    " เช็คว่าผลรวมตรงกับเงื่อนไขหรือไม่
    IF lv_sum = lv_target.
        APPEND it_current TO lt_results.
    ENDIF.

    " ถ้าเกินเงื่อนไข หรือไม่พอเพียง จะไม่ต้องทำอะไร
    IF lv_sum >= lv_target.
        RETURN.
    ENDIF.

    " เลือกตัวเลขใหม่จากชุดที่มีอยู่
    LOOP AT lt_numbers INTO lv_candidate.
        APPEND lv_candidate TO it_current.
        lv_sum = lv_sum + lv_candidate.

        " เรียกใช้ Backtrack ใหม่
        PERFORM Backtrack USING it_current lv_sum.

        " ย้อนกลับ
        DELETE it_current INDEX sy-tabix.
        lv_sum = lv_sum - lv_candidate.
    ENDLOOP.
ENDFORM.

ตัวอย่างของ Use Case ในโลกจริง

Backtracking ถูกนำมาใช้ในหลายบริบท เช่น:

- ปัญหา N-Queens: วางราชินี N ตัวบนกระดานหมากรุก N x N โดยไม่ให้พวกเขาข่มขู่กัน ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นถึงการค้นหาวิธีการที่เหมาะสมที่สุด - Sudoku Solver: Sudoku ก็เป็นปัญหาที่สามารถใช้ Backtracking โดยการเติมตัวเลขไปในช่องที่ว่างและตรวจสอบทุกตัวเลือกไปเรื่อยๆ จนกว่าจะได้คำตอบที่ถูกต้อง - Route planning: ในการวางแผนเส้นทางหรือการค้นหาทางเดินที่ดีที่สุดในกราฟ สามารถใช้ Backtracking ในการตรวจสอบเส้นทางต่างๆ ที่เป็นไปได้

การวิเคราะห์ Complexity

ในการพิจารณาความซับซ้อนของ Backtracking พูดได้ว่าเวลาที่ใช้ในการทำงานจะแปรผันตามจำนวนตัวเลือกที่มี ความซับซ้อนที่แท้จริงขึ้นอยู่กับปัญหาที่เราแก้ไข ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่เราเลือกตัวใดตัวหนึ่งออกมาจาก N ตัวเลือก จะมี 2^N ทางเลือกที่เป็นไปได้ในการเลือกซึ่งส่งผลให้มีเวลาในการประมวลผลในระดับที่สูง

ข้อดีและข้อเสียของ Backtracking

ข้อดี:

1. ความยืดหยุ่น: Backtracking อนุญาตให้มีการสำรวจทุกทางเลือกจนกว่าจะได้คำตอบที่ดีที่สุด 2. เทคนิคที่ใช้ง่าย: ง่ายต่อการเข้าใจและสามารถใช้ในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนได้ 3. สมบูรณ์: จะหาคำตอบที่ถูกต้องแน่นอนถ้ามีอยู่จริง

ข้อเสีย:

1. มีปัญหาด้านเวลา: เวลาประมวลผลอาจแทบไม่สามารถควบคุมได้เมื่อปัญหามีขนาดใหญ่ 2. ต้องใช้พื้นที่มาก: จำนวนซ้ำซ้อนต้องการให้เราต้องเก็บรักษาข้อมูลมากขึ้น 3. ไม่สามารถใช้ได้ในทุกสถานการณ์: บางปัญหาอาจจะไม่สามารถนำ Backtracking มาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สรุป

Backtracking เป็นอัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาที่หลายคนสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ ทั้งในการศึกษาและในรูปแบบของปัญหาจริง แต่ก็ควรระมัดระวังในเรื่องการใช้เวลาและความซับซ้อนที่เกิดขึ้น

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมและเทคนิคต่างๆ เช่น Backtracking หรือการเขียนโปรแกรมในภาษา ABAP, ขอเชิญคุณมาเข้าร่วมกับเราได้ที่ EPT (Expert Programming Tutor) สถานที่ที่คุณจะได้เรียนรู้และก้าวสู่การเป็นนักพัฒนาโปรแกรมมืออาชีพในอนาคต!

 

 

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