【题目】**51. N 皇后
n 皇后问题研究的是如何将 n 个皇后放置在 n×n 的棋盘上，并且使皇后彼此之间不能相互攻击。
上图为 8 皇后问题的一种解法。
给定一个整数 n，返回所有不同的 n 皇后问题的解决方案。
每一种解法包含一个明确的 n 皇后问题的棋子放置方案，该方案中 ‘Q’ 和 ‘.’ 分别代表了皇后和空位。
示例：
输入：4
输出：[
[".Q..", // 解法 1
"...Q",
"Q...",
"..Q."],
["..Q.", // 解法 2
"Q...",
"...Q",
".Q.."]
]
解释: 4 皇后问题存在两个不同的解法。
提示：
皇后彼此不能相互攻击，也就是说：任何两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。
【解题思路1】基于集合的回溯
为了判断一个位置所在的列和两条斜线上是否已经有皇后，使用三个集合 columns、diagonals1
和 diagonals2 分别记录每一列以及两个方向的每条斜线上是否有皇后。
列的表示法很直观，一共有 N 列，每一列的下标范围从 0 到 N-1，使用列的下标即可明确表示每一列。
如何表示两个方向的斜线呢？对于每个方向的斜线，需要找到斜线上的每个位置的行下标与列下标之间的关系。
方向一的斜线为从左上到右下方向，同一条斜线上的每个位置满足行下标与列下标之差相等，例如 (0,0) 和 (3,3) 在同一条方向一的斜线上。因此使用行下标与列下标之差即可明确表示每一条方向一的斜线。
方向二的斜线为从右上到左下方向，同一条斜线上的每个位置满足行下标与列下标之和相等，例如 (3,0) 和 (1,2) 在同一条方向二的斜线上。因此使用行下标与列下标之和即可明确表示每一条方向二的斜线。
每次放置皇后时，对于每个位置判断其是否在三个集合中，如果三个集合都不包含当前位置，则当前位置是可以放置皇后的位置。
class Solution {
public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
List<List<String>> solutions = new ArrayList<List<String>>();
int[] queens = new int[n];
Arrays.fill(queens, -1);
Set<Integer> columns = new HashSet<Integer>();
Set<Integer> diagonals1 = new HashSet<Integer>();
Set<Integer> diagonals2 = new HashSet<Integer>();
backtrack(solutions, queens, n, 0, columns, diagonals1, diagonals2);
return solutions;
}
public void backtrack(List<List<String>> solutions, int[] queens, int n, int row, Set<Integer> columns, Set<Integer> diagonals1, Set<Integer> diagonals2) {
if (row == n) {
List<String> board = generateBoard(queens, n);
solutions.add(board);
} else {
for (int i = 0; i < n; i++) {
if (columns.contains(i)) {
continue;
}
int diagonal1 = row - i;
if (diagonals1.contains(diagonal1)) {
continue;
}
int diagonal2 = row + i;
if (diagonals2.contains(diagonal2)) {
continue;
}
queens[row] = i;
columns.add(i);
diagonals1.add(diagonal1);
diagonals2.add(diagonal2);
backtrack(solutions, queens, n, row + 1, columns, diagonals1, diagonals2);
queens[row] = -1;
columns.remove(i);
diagonals1.remove(diagonal1);
diagonals2.remove(diagonal2);
}
}
}
public List<String> generateBoard(int[] queens, int n) {
List<String> board = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < n; i++) {
char[] row = new char[n];
Arrays.fill(row, '.');
row[queens[i]] = 'Q';
board.add(new String(row));
}
return board;
}
}