Backtracking

Es gibt drei Arten von Backtracking:

Entscheidungsproblem: Hier wird eine Lösung gesucht
Optimierungsproblem: Hier wird die beste Lösung gesucht.
Aufzählungsproblem: Hier werden alle Lösungen gesucht.

Welche Beispiele aus dem echten Leben gibt es für diese drei Kategorien?

Definition (nach Wikipedia)
Backtracking geht nach dem Versuch-und-Irrtum-Prinzip (trial and error) vor, das heißt, es wird versucht, eine erreichte Teillösung zu einer Gesamtlösung auszubauen. Wenn absehbar ist, dass eine Teillösung nicht zu einer endgültigen Lösung führen kann, wird der letzte Schritt beziehungsweise werden die letzten Schritte zurückgenommen, und es werden stattdessen alternative Wege probiert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass alle in Frage kommenden Lösungswege ausprobiert werden können (Prinzip des Ariadnefadens). Mit Backtracking-Algorithmen wird eine vorhandene Lösung entweder gefunden (unter Umständen nach sehr langer Laufzeit), oder es kann definitiv ausgesagt werden, dass keine Lösung existiert. Backtracking wird meistens am einfachsten rekursiv implementiert und ist ein prototypischer Anwendungsfall von Rekursion.

Backtracking geht nach dem Versuch-und-Irrtum-Prinzip (trial and error) vor, das heißt, es wird versucht, eine erreichte Teillösung zu einer Gesamtlösung auszubauen. Wenn absehbar ist, dass eine Teillösung nicht zu einer endgültigen Lösung führen kann, wird der letzte Schritt beziehungsweise werden die letzten Schritte zurückgenommen, und es werden stattdessen alternative Wege probiert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass alle in Frage kommenden Lösungswege ausprobiert werden können (Prinzip des Ariadnefadens). Mit Backtracking-Algorithmen wird eine vorhandene Lösung entweder gefunden (unter Umständen nach sehr langer Laufzeit), oder es kann definitiv ausgesagt werden, dass keine Lösung existiert. Backtracking wird meistens am einfachsten rekursiv implementiert und ist ein prototypischer Anwendungsfall von Rekursion.

Zeitkomplexität (nach Wikipedia)

Bei der Tiefensuche werden bei maximal z möglichen Verzweigungen von jeder Teillösung aus und einem Lösungsbaum mit maximaler Tiefe von N im schlechtesten Fall 1+z+z²+z³+⋯+z^N Knoten erweitert.

Die Tiefensuche und somit auch Backtracking haben im schlechtesten Fall mit O(z^N) und einem Verzweigungsgrad z>1 eine exponentielle Laufzeit. Je größer die Suchtiefe n, desto länger dauert die Suche nach einer Lösung. Daher ist das Backtracking primär für Probleme mit einem kleinen Lösungsbaum geeignet.

Resourcen

Wikipedia (Rücksetzverfahren)

Stefan Schneider Sun, 12/16/2018 - 16:10

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