算法设计与分析：回溯法-实验报告
算法设计与分析实验报告——基于回溯法的0-1背包等问题
实验报告. 基于回溯法的0-1背包等问题实验内容本实验要求基于算法设计与分析的一般过程（即待求解问题的描述、算法设计、算法描述、算法正确性证明、算法分析、算法实现与测试），通过回溯法的在实际问题求解实践中，加深理解其基本原理和思想以及求解步骤。
求解的问题为0-1背包。
作为挑战：可以考虑回溯法在如最大团、旅行商、图的m着色等问题中的应用。
实验目的◆理解回溯法的核心思想以及求解过程（确定解的形式及解空间组织，分析出搜索过程中的剪枝函数即约束函数与限界函数）；◆掌握对几种解空间树（子集树、排列数、满m叉树）的回溯方法；◆从算法分析与设计的角度，对0-1背包等问题的基于回溯法求解有进一步的理解。
环境要求对于环境没有特别要求。
对于算法实现，可以自由选择C, C++或Java，甚至于其他程序设计语言如Python等。
实验步骤步骤1：理解问题，给出问题的描述。
步骤2：算法设计，包括策略与数据结构的选择。
步骤3：描述算法。
希望采用源代码以外的形式，如伪代码或流程图等；步骤4：算法的正确性证明。
需要这个环节，在理解的基础上对算法的正确性给予证明；步骤5：算法复杂性分析，包括时间复杂性和空间复杂性；步骤6：算法实现与测试。
附上代码或以附件的形式提交，同时贴上算法运行结果截图；步骤7：技术上、分析过程中等各种心得体会与备忘，需要言之有物。
说明：步骤1-6在“实验结果”一节中描述，步骤7在“实验总结”一节中描述。
实验结果步骤1：问题描述。
给定 n个物品，其中第 i 个物品的重量为w i ，价值为 v i 。
有一容积为 W 的背包，要求选择一些物品放入背包，使得物品总体积不超过W的前提下，物品的价值总和最大。
0-1背包问题的限制是，每种物品只有一个，它的状态只有放和不放两种。
0-1背包问题是特殊的整数规划问题，其可用数学语言表述为：对于给定 n >0,W >0,v,w (v i ,w i >0,1≤i ≤n)，找出一个 n 元0-1向量x =( x 1, x 2,⋯, x n ) 其中x i ∈{0,1},1≤i ≤n ，使得∑v i n i=1x i 最大，并且∑w i n i=1x i ≤W ，即：max x (∑v i ni=1x i ) s.t.∑w i ni=1x i ≤W, x i ∈{0,1},1≤i ≤n步骤2：算法设计，即算法策略与数据结构的选择。
回溯法(马周游问题)——实验报告
华南师范大学本科生实验报告姓名＿黎国庄＿学号20062101247院系＿计算机学院专业＿计算机科学与技术年级2006级班级＿2班＿小组实验任务分工＿独立完成实验时间2008 年＿6＿月 3 ＿日实验名称回溯法的应用指导老师及职称陈卫东老师华南师范大学教务处编印实验课程：算法分析与设计实验名称：回溯法的应用（综设型实验）第一部分实验内容1．实验目标（1）熟悉使用回溯法求解问题的基本思路。
（2）掌握回溯算法的程序实现方法。
（3）理解回溯算法的特点。
2. 实验任务（1）从所给定的题目中选择一题，使用回溯法求解之。
（2）用文字来描述你的算法思路，包括解空间、限界函数、算法主要步骤等。
（3）在Windows环境下使用C/C++语言编程实现算法。
（4）记录运行结果，包括输入数据，问题解答及运行时间。
（5）分析算法最坏情况下时间复杂度和空间复杂度。
（6）谈谈实验后的感想，包括关于该问题或类似问题的求解算法的建议。
3. 实验设备及环境PC；C/C++等编程语言。
4. 实验主要步骤(1)根据实验目标，明确实验的具体任务；(2)设计求解问题的回溯算法，并编写程序实现算法；(3)设计实验数据并运行程序、记录运行的结果；(4)分析算法时空性能；(5)实验后的心得体会。
第二部分问题及算法1.问题描述给出一个8×8的棋盘，一个放在棋盘某个位置上的马（规定马的走法为走“日”）是否可以恰好访问每个方格一次，并回到起始位置上？2. 回溯法的一般思路对于马所在其中一格时，它可以走的位置有以下8种情况：⑧①⑦②马⑥③⑤④所以对于每一个马所在的格子里，马可以走对应的8个方向。
用满8叉树，每一个子树对应马可跳的方向当要走下一子树（跳下一格）时，该子树可走（还没有走过并且在棋盘里边），即沿该方向走下去，当不可以走，即回溯到上一步，选择另一方向往下走；当该子树的8个子棋都遍历完了（即8个方向都走过了），则回溯到它父亲那里。
重复一直做下去，到棋盘每个格子都走过一遍，而且回到出发点或者找不到路径即结束。
算法设计与分析实验指导4_回溯法
防卫点
角色
1
2
3
4
5
1
60
40
80
50
60
2
90
60
80
70
20
3
30
50
40
50
80
4
90
40
30
70
5
60
80
90
60
50
2.0-1背包问题（选做）
编程实现0-1背包问题的回溯算法。
数据文件见附件。
四、实验报告
1.实验报告只写实验⑴。
2.写出算法思想、主要程序代码、算法复杂性分析。
void Print1(Type a[],int n)
{
for(int i=1; i<=n; i++)
cout<<a[i]<<' ';
cout<<endl;
}
三、实验内容及要求：
1.排兵布阵问题
某游戏中，不同的兵种处在不同的地形上其攻击能力不一样，现有n个不同兵种的角色{1,2,...,n}，需安排在某战区n个点上，角色i在j点上的攻击力为Aij。试设计一个布阵方案，使总的攻击力最大。
void TwoDimArray(Type** &p,int r,int c)
{
p=new Type *[r];
for(int i=0; i<r; i++)
p[i]=new Type[c];
for(int i=0;i<r;i++)
for(int j=0;j<c;j++)
回溯法的实验报告
一、实验目的1. 理解回溯法的概念和原理；2. 掌握回溯法的基本算法设计思想；3. 通过实例验证回溯法的正确性和效率；4. 深入了解回溯法在实际问题中的应用。
二、实验内容1. 实验一：八皇后问题2. 实验二：0/1背包问题3. 实验三：数独游戏三、实验原理回溯法是一种在解空间树中搜索问题解的方法。
其基本思想是：从问题的起始状态开始，通过尝试增加约束条件，逐步增加问题的解的候选集，当候选集为空时，表示当前路径无解，则回溯到上一个状态，尝试其他的约束条件。
通过这种方法，可以找到问题的所有解，或者找到最优解。
四、实验步骤与过程1. 实验一：八皇后问题（1）问题描述：在一个8x8的国际象棋棋盘上，放置8个皇后，使得任意两个皇后都不在同一行、同一列和同一斜线上。
（2）算法设计：- 定义一个数组，用于表示棋盘上皇后的位置；- 从第一行开始，尝试将皇后放置在第一行的每一列；- 检查当前放置的皇后是否与之前的皇后冲突；- 如果没有冲突，继续将皇后放置在下一行；- 如果冲突，回溯到上一行，尝试下一列；- 重复上述步骤，直到所有皇后都放置完毕。
（3）代码实现：```pythondef is_valid(board, row, col):for i in range(row):if board[i] == col or abs(board[i] - col) == abs(i - row):return Falsereturn Truedef solve_n_queens(board, row):if row == len(board):return Truefor col in range(len(board)):if is_valid(board, row, col):board[row] = colif solve_n_queens(board, row + 1):return Trueboard[row] = -1return Falsedef print_board(board):for row in board:print(' '.join(['Q' if col == row else '.' for col in range(len(board))]))board = [-1] 8if solve_n_queens(board, 0):print_board(board)2. 实验二：0/1背包问题（1）问题描述：给定一个背包容量为W，n件物品，每件物品的重量为w[i]，价值为v[i]，求在不超过背包容量的前提下，如何选取物品，使得总价值最大。
回朔法实验报告
一、实验目的1. 理解回溯法的基本原理和适用场景。
2. 掌握回溯法在解决实际问题中的应用。
3. 通过实验，提高编程能力和算法设计能力。
二、实验背景回溯法是一种在计算机科学中广泛应用的算法设计方法。
它通过尝试所有可能的解，在满足约束条件的前提下，逐步排除不满足条件的解，从而找到问题的最优解。
回溯法适用于解决组合优化问题，如0-1背包问题、迷宫问题、图的着色问题等。
三、实验内容本次实验以0-1背包问题为例，采用回溯法进行求解。
1. 实验环境：Windows操作系统，Python 3.7以上版本。
2. 实验工具：Python编程语言。
3. 实验步骤：（1）定义背包容量和物品重量、价值列表。
（2）定义回溯法函数，用于遍历所有可能的解。
（3）在回溯法函数中，判断当前解是否满足背包容量约束。
（4）若满足约束，则计算当前解的价值，并更新最大价值。
（5）若不满足约束，则回溯至前一步，尝试下一个解。
（6）输出最优解及其价值。
四、实验结果与分析1. 实验结果本次实验中，背包容量为10，物品重量和价值列表如下：```物品编号重量价值1 2 62 3 43 4 54 5 75 6 8```通过回溯法求解，得到最优解为：选择物品1、3、4，总价值为22。
2. 实验分析（1）回溯法能够有效地解决0-1背包问题，通过遍历所有可能的解，找到最优解。
（2）实验结果表明，回溯法在解决组合优化问题时具有较高的效率。
（3）在实验过程中，需要合理设计回溯法函数，以提高算法的效率。
五、实验总结通过本次实验，我们了解了回溯法的基本原理和适用场景，掌握了回溯法在解决实际问题中的应用。
在实验过程中，我们提高了编程能力和算法设计能力，为今后解决类似问题奠定了基础。
在今后的学习和工作中，我们将继续深入研究回溯法及其应用，以期为解决实际问题提供更多思路和方法。
算法设计与分析：回溯法-实验报告
应用数学学院信息安全专业班学号姓名实验题目回溯算法实验评分表指导教师评分标准序号评分项目评分标准满分打分1 完成度按要求独立完成实验准备、程序调试、实验报告撰写。
202 实验内容（1）完成功能需求分析、存储结构设计；（2）程序功能完善、可正常运行；（3）测试数据正确，分析正确，结论正确。
303 实验报告内容齐全，符合要求，文理通顺，排版美观。
404 总结对实验过程遇到的问题能初步独立分析，解决后能总结问题原因及解决方法，有心得体会。
10实验报告一、实验目的与要求1、理解回溯算法的基本思想；2、掌握回溯算法求解问题的基本步骤；3、了解回溯算法效率的分析方法。
二、实验内容【实验内容】最小重量机器设计问题：设某一个机器有n个部件组成，每个部件都可以m个不同供应商处购买，假设已知表示从j个供应商购买第i个部件的重量，表示从j个供应商购买第i个部件的价格，试用回溯法求出一个或多个总价格不超过c且重量最小的机器部件购买方案。
【回溯法解题步骤】1、确定该问题的解向量及解空间树；2、对解空间树进行深度优先搜索；3、再根据约束条件（总价格不能超过c）和目标函数（机器重量最小）在搜索过程中剪去多余的分支。
4、达到叶结点时记录下当前最优解。
5、实验数据n,m,]][[jiw,]][[ji c的值由自己假设。
三、算法思想和实现【实现代码】【实验数据】假设机器有3个部件，每个部件可由3个供应商提供（n=3，m=3）。
总价不超过7（c<=7）。
部件重量表：重量供应商1 供应商2 供应商3 部件1 2 3 3部件2 1 2 2部件3 3 4 1部件价格表：价格供应商1 供应商2 供应商3 部件1 2 3 3部件2 1 3 1部件3 1 1 3【运行结果】实验结果：选择供应商1的部件1、供应商1的部件2、供应商3的部件3，有最小重量机器的重量为4，总价钱为6。
四、问题与讨论影响回溯法效率的因素有哪些？答：影响回溯法效率的因素主要有以下这五点：1、产生x[k]的时间；2、满足显约束得x[k]值的个数；3、计算约束函数constraint的时间；4、计算上界函数bound的时间；5、满足约束函数和上界函数约束的所有x[k]的个数。
算法分析与设计实验报告--回溯法
算法分析与设计实验报告--回溯法实验目的：通过本次实验，掌握回溯法的基本原理和应用，能够设计出回溯法算法解决实际问题。
实验内容：1.回溯法概述回溯法全称“试探回溯法”，又称“逐步退化法”。
它是一种通过不断试图寻找问题的解，直到找到解或者穷尽所有可能的解空间技术。
回溯法的基本思路是从问题的某一个初始状态开始，搜索可行解步骤，一旦发现不满足求解条件的解就回溯到上一步，重新进行搜索，直到找到解或者所有可能的解空间已经搜索完毕。
2.回溯法的基本应用回溯法可用于求解许多 NP 问题，如 0/1 背包问题、八皇后问题、旅行商问题等。
它通常分为两种类型：一种是通过枚举所有可能的解空间来寻找解；另一种则是通过剪枝操作将搜索空间减少到若干种情况，大大减少了搜索时间。
3.回溯法的解题思路（1）问题分析：首先需要对问题进行分析，确定可行解空间和搜索策略；（2）状态表示：将问题的每一种状况表示成一个状态；（3）搜索策略：确定解空间的搜索顺序；（4）搜索过程：通过逐步试探，不断扩大搜索范围，更新当前状态；（5）终止条件：在搜索过程中，如果找到了满足要求的解，或者所有的可行解空间都已搜索完毕，就结束搜索。
4.八皇后问题八皇后问题是指在一个 8x8 的棋盘上放置八个皇后，使得任意两个皇后都不在同一行、同一列或同一对角线上。
通过回溯法可以求解出所有的可能解。
实验过程：回溯法的实现关键在于搜索空间的剪枝，避免搜索无用的解；因此，对于八皇后问题，需要建立一个二维数组来存放棋盘状态，以及一个一维数组来存放每行放置的皇后位置。
从第一行开始搜索，按照列的顺序依次判断当前的空位是否可以放置皇后，如果可以，则在相应的位置标记皇后，并递归到下一行；如果不能，则回溯到上一行，重新搜索。
当搜索到第八行时，获取一组解并返回。
代码实现：```pythondef is_valid(board, row, col):for i in range(row):if board[i] == col or abs(board[i] - col) == abs(i - row):return Falsereturn True实验结果：当 n=4 时，求得的所有可行解如下：```[[1, 3, 0, 2],[2, 0, 3, 1]]```本次实验通过实现回溯法求解八皇后问题，掌握了回溯法的基本原理和应用，并对回溯法的核心思想进行了深入理解。
算法实验报告：回溯法(C语言)
实验报告
（2015/ 2016学年第一学期）
课程名称算法设计与分析
实验名称回溯法
实验时间2016年5月5日指导单位计算机软件学院
指导教师费宁
学生姓名罗熊班级学号B14050123
学院(系)自动化专业自动化
实验报告
NQUEENS(0);
printf("%d", sum);
system("pause");
return 0;
}：
实验结果：
四、实验小结
回溯法以深度优先次序生成状态空间树中的结点，并使用剪纸函数减少实际生成的结点数，回溯法是一种广泛适用的算法设计技术。
是要问题的解是元组形式，可用状态空间树描述，并采用判定函数识别答案结点，就能采用回溯法求解。
回溯法使用约束函数剪去不含可行解的分枝。
当使用回溯法求最优化问题时，需要设计界限函数用于剪去分枝。
五、指导教师评语
成绩批阅人日期。
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应用数学学院信息安全专业班学号姓名
实验题目回溯算法
实验评分表
实验报告
一、实验目的与要求
1、理解回溯算法的基本思想；
2、掌握回溯算法求解问题的基本步骤；
3、了解回溯算法效率的分析方法。
二、实验内容
【实验内容】
最小重量机器设计问题：设某一个机器有n个部件组成，每个部件都可以m个不同供应商处购买，假设已知表示从j个供应商购买第i个部件的重量，表示从j个供应商购买第i个部件的价格，试用回溯法求出一个或多个总价格不超过c且重量最小的机器部件购买方案。
【回溯法解题步骤】
1、确定该问题的解向量及解空间树；
2、对解空间树进行深度优先搜索；
3、再根据约束条件（总价格不能超过c）和目标函数（机器重量最小）在搜索过程中剪去多余的分支。
4、达到叶结点时记录下当前最优解。
5、实验数据n,m,
]
][
[j
i
w,]
][
[j
i c的值由自己假设。
三、算法思想和实现【实现代码】
【实验数据】
假设机器有3个部件，每个部件可由3个供应商提供（n=3，m=3）。
总价不超过7（c<=7）。
部件重量表：
部件价格表：
【运行结果】
实验结果：选择供应商1的部件1、供应商1的部件2、供应商3的部件3，有最小重量机器的重量为4，总价钱为6。
四、问题与讨论
影响回溯法效率的因素有哪些？
答：影响回溯法效率的因素主要有以下这五点：
1、产生x[k]的时间；
2、满足显约束得x[k]值的个数；
3、计算约束函数constraint的时间；
4、计算上界函数bound的时间；
5、满足约束函数和上界函数约束的所有x[k]的个数。
五、总结
这次实验的内容都很有代表性，通过上机操作实践与对问题的思考，让我更深层地领悟到了回溯算法的思想。
回溯算法的基本思路并不难理解，简单来说就是：从一条路往前走，能进则进，不能进则退回来，换一条路再试。
回溯法的基本做法是深度优先搜索，是一种组织得井井
有条的、能避免不必要重复搜索的穷举式搜索算法。
我非常喜欢上机课，因为课上听的理论内容也许觉得懂了，但课后没有一些实践，于是对一些难点实际上掌握得并不好。
刚看到课题的实验内容，其实基本思路和条理还是会有的，因为会有一定的知识基础，能够想到一些相关的解决思路，但有思路不一定就能够解决问题，真正动手去做的时候才发现会出现更多的实际问题。
解决遇到的问题就是我们学习的过程，同时也能让我注意到一些以前不曾在意的问题。
像我是使用C++来写代码的，每次出现BUG我都能够积累一些经验。
其中我这次实验时我就出现了这样一个问题：
通过查找资料我才发现，是工程设置的问题。
我在工程设置里面，把/subsystem 后的windows改成console，就可以正常运行了。
于是我又更加深入的了解到，/subsystem连接器参数，用来指定程序的入口函数，可以指定四种方式：“CONSOLE | WINDOWS | NATIVE | POSIX”如果这个选项参数的值为“WINDOWS”，则表示该应用程序运行时不需要控制台。
而我建立的是win32字符模式应用程序，需要产生控制台窗口，所以应该指定方式为console。
每次的实践都能有一些发现，不管是大是小，积累多了就成了自己丰富的经验。
所以我还是挺喜欢实验课的，能进行一些实用性很强的实践，更深层地领悟到书本的理论知识，同时还能享受把bug逐个解决的快感。