/*
 * File: n_queens.rs
 * Created Time: 2023-07-15
 * Author: sjinzh (sjinzh@gmail.com)
 */

/* 回溯算法：N 皇后 */
fn backtrack(row: usize, n: usize, state: &mut Vec<Vec<String>>, res: &mut Vec<Vec<Vec<String>>>,
    cols: &mut [bool], diags1: &mut [bool], diags2: &mut [bool]) {
    // 当放置完所有行时，记录解
    if row == n {
        let mut copy_state: Vec<Vec<String>> = Vec::new();
        for s_row in state.clone() {
            copy_state.push(s_row);
        }
        res.push(copy_state);
        return;
    }
    // 遍历所有列
    for col in 0..n {
        // 计算该格子对应的主对角线和副对角线
        let diag1 = row + n - 1 - col;
        let diag2 = row + col;
        // 剪枝：不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
        if !cols[col] && !diags1[diag1] && !diags2[diag2] {
            // 尝试：将皇后放置在该格子
            state.get_mut(row).unwrap()[col] = "Q".into();
            (cols[col], diags1[diag1], diags2[diag2]) = (true, true, true);
            // 放置下一行
            backtrack(row + 1, n, state, res, cols, diags1, diags2);
            // 回退：将该格子恢复为空位
            state.get_mut(row).unwrap()[col] = "#".into();
            (cols[col], diags1[diag1], diags2[diag2]) = (false, false, false);
        }
    }
}

/* 求解 N 皇后 */
fn n_queens(n: usize) -> Vec<Vec<Vec<String>>> {
    // 初始化 n*n 大小的棋盘，其中 'Q' 代表皇后，'#' 代表空位
    let mut state: Vec<Vec<String>> = Vec::new();
    for _ in 0..n {
        let mut row: Vec<String> = Vec::new();
        for _ in 0..n {
            row.push("#".into());
        }
        state.push(row);
    }
    let mut cols = vec![false; n]; // 记录列是否有皇后
    let mut diags1 = vec![false; 2 * n - 1]; // 记录主对角线是否有皇后
    let mut diags2 = vec![false; 2 * n - 1]; // 记录副对角线是否有皇后
    let mut res: Vec<Vec<Vec<String>>> = Vec::new();

    backtrack(0, n, &mut state, &mut res, &mut cols, &mut diags1, &mut diags2);

    res
}

/* Driver Code */
pub fn main() {
    let n: usize = 4;
    let res = n_queens(n);

    println!("输入棋盘长宽为 {n}");
    println!("皇后放置方案共有 {} 种", res.len());
    for state in res.iter() {
        println!("--------------------");
        for row in state.iter() {
            println!("{:?}", row);
        }
    }
}
