使用队列的非递归回溯:内存不足

Non-recursive Backtrack using Queue: runs out of memory

本文关键字：回溯 内存不足 递归 队列      更新时间：2023-10-16

我尝试使用 std::queue 容器以 C++11 方言实现回溯示例程序。

但是，算法中某处存在编码错误，导致程序内存不足。这个错误是什么？

在下面的代码示例中，可以假定函数 reject() 、 accept() 、 first_child() 和 next_child() 正常工作，因为它们已经通过递归和回溯的std::stack容器实现成功进行了测试。

// helper functions
bool reject(const std::string &c);
bool accept(const std::string &c);
const std::string * first_child(const std::string &c);  // nullptr == no child
const std::string * next_child(const std::string &c);   // nullptr == no child
void backtrack_que(const std::string &start)
try
{
    std::queue<std::string> que;
    que.push(start);
    while (!que.empty())
    {
        if (reject(que.front()))
        {
            que.pop();
            continue;
        }
        if (accept(que.front()))
            std::cout << que.front() << 'n';
        const std::string *p_child(first_child(que.front()));
        que.pop();
        if (p_child != nullptr)
        {
            que.push(*p_child);
            const std::string *p_sibling(next_child(que.back()));
            while (p_sibling != nullptr)
            {
                que.push(*p_sibling);
                p_sibling = next_child(que.back());
            }
        }
    }
}
catch (...)
{
    std::cerr << "unknown exception in `" << __func__ << '`' << std::endl;
    throw;
}

我进行了一个简单的计数测试，发现@IgorTandetnik队列变体是准确的：它达到了 60+ 百万最大大小。

令我惊讶的是，Stack 变体不超过 200。在重新访问代码时，我得出结论，这是由于 Stack 变体如何"冲向"最后一个可能的子级，而队列变体在进一步进入下一代之前积累了大量子级：在更多的计算机科学术语中，Stack 进行深度优先搜索，而队列进行广度优先搜索。

同样令人惊讶的是，显然，传统的递归变体似乎是最有效的，也是最快的。

max recursion depth for bt-rec: 6
max container size for bt-stk:  176
max container size for bt-que:  60466176
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