Backtracking: การแก้ปัญหาอย่างมีประสิทธิภาพด้วย Algorithm ในภาษา VBA

เมื่อเราพูดถึงการเขียนโปรแกรม การหาคำตอบหรือวิธีแก้ปัญหาที่มีความซับซ้อนมักเป็นเรื่องที่ท้าทายสำหรับนักพัฒนาโปรแกรม ในหลายสถานการณ์ เช่น การค้นหาพื้นที่สำคัญในพจนานุกรม การหาวิธีทางเดินที่ดีที่สุด หรือการเลือกตัวเลือกที่ถูกต้องในเกม การใช้ Algorithm ที่เหมาะสมคือสิ่งสำคัญ

Backtracking คืออะไร?

Backtracking เป็นเทคนิคในการค้นหาเชิงลึกหรือการสำรวจที่ให้เราสามารถหาคำตอบของปัญหาที่มีหลายทางเลือก โดยการพยายามสร้างคำตอบทีละน้อย แล้วย้อนกลับเมื่อพบว่าถึงทางตัน ในทางปฏิบัติ มันถูกใช้เพื่อแก้ปัญหาที่เป็น combinatorial และ optimization ยกตัวอย่างเช่น การจัดหมวดหมู่ของปริศนา การจัดเรียง หรือการหาทางเดินในกราฟ

การใช้งาน Backtracking ในโลกจริง

ลองนึกภาพการเดินทางไปยังเมืองต่างๆ ที่คุณต้องการเลือกเส้นทางที่ดีที่สุด Backtracking สามารถใช้ในการวางแผนการเดินทางหรือการวิเคราะห์ข้อจำกัดในพื้นที่ที่ต้องการไปเยี่ยมชม อีกตัวอย่างเดียวกันคือการออกแบบตารางการแข่งขันที่มีข้อจำกัด เช่น ทีมที่ไม่สามารถเจอกันได้ในรอบเดียว หากเราใช้ Backtracking เราจะสามารถหาวิธีการที่เข้าใจได้และมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างโค้ด Backtracking ใน VBA

พิจารณาการแก้ปัญหา N-Queens ที่เราต้องการทำการวางตำแหน่งนางพญา N คนในกระดานหมากรุก N x N โดยไม่มีนางพญาคนไหนสามารถทำร้ายกันได้ ตัวอย่างโค้ดต่อไปนี้ทำให้เราสามารถหาคำตอบได้:

 Sub SolveNQueens()
    Dim N As Integer
    N = 4 ' จำนวน N ที่เราต้องการ
    Dim board() As Integer
    ReDim board(1 To N, 1 To N)

    If PlaceQueens(board, 1, N) Then
        PrintBoard board, N
    Else
        MsgBox "No solution exists."
    End If
End Sub

Function PlaceQueens(board() As Integer, row As Integer, N As Integer) As Boolean
    If row > N Then
        PlaceQueens = True ' สำเร็จเมื่อลงนางพญาครบครบทั้งหมด
        Exit Function
    End If

    Dim col As Integer
    For col = 1 To N
        If IsSafe(board, row, col, N) Then
            board(row, col) = 1 ' วางนางพญา
            If PlaceQueens(board, row + 1, N) Then
                PlaceQueens = True ' ถ้าสามารถวางนางพญาในแถวถัดไปได้
                Exit Function
            End If
            board(row, col) = 0 ' ถ้าไม่สำเร็จให้ย้อนกลับมา
        End If
    Next col

    PlaceQueens = False ' ไม่สามารถวางนางพญาได้
End Function

Function IsSafe(board() As Integer, row As Integer, col As Integer, N As Integer) As Boolean
    Dim i As Integer, j As Integer

    ' เช็คแถวด้านบน
    For i = 1 To row - 1
        If board(i, col) = 1 Then Return False
    Next i

    ' เช็คเส้นทแยงมุมด้านซ้าย
    For i = row - 1, j = col - 1 To 1 Step -1
        If board(i, j) = 1 Then Return False
    Next i

    ' เช็คเส้นทแยงมุมด้านขวา
    For i = row - 1, j = col + 1 To N Step 1
        If board(i, j) = 1 Then Return False
    Next i

    IsSafe = True
End Function

Sub PrintBoard(board() As Integer, N As Integer)
    Dim i As Integer, j As Integer
    For i = 1 To N
        For j = 1 To N
            If board(i, j) = 1 Then
                Debug.Print "Q"; ' แสดงนางพญา
            Else
                Debug.Print "."; ' แสดงที่ว่าง
            End If
        Next j
        Debug.Print vbNewLine
    Next i
End Sub

โค้ดนี้จะแสดงตำแหน่งที่นางพญาอยู่บนกระดาน โดยจะทำเรื่องการเช็คความปลอดภัยเพื่อให้มั่นใจว่านางพญาทุกคนอยู่ในตำแหน่งที่ไม่ถูกทำร้ายซึ่งกันและกันได้

วิเคราะห์ Complexity ของ Backtracking

ในที่สุด อัลกอริธึม Backtracking จะมีความซับซ้อน O(N!) สำหรับ N-Queens (ซึ่งหมายถึงการพยายามวาง Queens ในกระดาน N x N ต่างๆ) สำหรับปัญหาที่มีการแบ่งแยกซับซ้อน เราอาจเห็นการเพิ่มขึ้นของเวลาในการประมวลผล เช่น O(b^d) ซึ่ง b คือจำนวนทางเลือกและ d คือความลึกที่สำรวจ

ข้อดีและข้อเสียของ Backtracking

ข้อดี:

- ง่ายต่อการเข้าใจและนำไปใช้เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการค้นหาอื่นๆ

- มีประสิทธิภาพในการค้นหาในหลายๆ ปัญหา โดยเฉพาะเมื่อปัญหานั้นมีโครงสร้างซ้อนกันสูง

ข้อเสีย:

- อาจใช้เวลาและทรัพยากรมากเมื่อเพิ่มจำนวนของตัวเลือก ซึ่งโดยปกติจะมีในเวลาที่เรียกซ้ำ ๆ

- ต้องระมัดระวังการเข้าถึงข้อมูลที่ไม่จำเป็นเพื่อไม่ให้เกิดความล่าช้า

สรุป

Backtracking เป็นเทคนิคที่สำคัญในวงการการเขียนโปรแกรม เพราะมันช่วยให้เราสามารถหารูปแบบที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ถ้าคุณเป็นนักพัฒนาที่ต้องการเข้าใจและมอบแบบฝึกหัดให้กับตนเอง บทความนี้เป็นเพียงการเริ่มต้นเท่านั้น

หากคุณสนใจที่จะได้ศึกษาและฝึกฝนเพิ่มเติมในด้านนี้ เราขอเชิญคุณเข้ามาร่วมเรียนรู้ที่ EPT (Expert-Programming-Tutor) สนับสนุนการเรียนรู้ที่เน้นการปฏิบัติและให้ความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับ Algorithm ต่าง ๆ ซึ่งจะช่วยให้คุณพัฒนาทักษะในการเขียนโปรแกรมของคุณได้อย่างแน่นอน!

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