操作系统作业数独解决方案验证器(利用多线程解决)

Posted Dreamchaser追梦

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了操作系统作业数独解决方案验证器(利用多线程解决)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

文章目录


一、题目

数独谜题使用 9×9 的网格,其中每一列和每一行以及每 3×3 子网格中的每
一个子网格必须包含所有数字 1···9。 图 1 给出了一个有效的数独游戏示例。
这个项目包括设计多线程应用程序来确定数独谜题的解决是否有效。
这个多线程应用程序有几种不同的设计。一种建议的策略是创建检查以下条
件的线程:

  • 一个线程,检查每列包含数字 1 到 9
  • 一个线程,检查每行包含数字 1 到 9
  • 9个线程来检查 3×3 子网格中的每个子网格是否包含数字 1 到 9这总共创建 11 个单独的线程,以验证数独谜题。但是,也可以为该项目创建更多线程。例如,不是创建一个线程来检查9列,而是创建9个线程来分别检查每列。

将参数传给每个线程
父线程创建工作线程,向每个工作线程传递它在数独网格中检查的位置。这
一步需要向每个线程传递多个参数。最简单的方法是:采用 struct 创建一个数
据结构。例如,为了线程的验证,可用包括行和列的数据结构来传递参数。

/* structure for passing data to threads */ 
typedef struct

int row;
int column;
 parameters;
Pthreads 和 Windows 程序的工作线程创建类似如下代码所示:
parameters *data = (parameters *) malloc(sizeof(parameters));
data->row = 1;
data->column = 1;
/* Now create the thread passing it data as a parameter */

指针 data 将被传递给线程创建函数 pthread create((Pthreads)或CreateThread()(Windows)函数,后者将把 data 作为参数传递到作为单独线程运行的函数。
将结果返回到父线程
每个工作线程都被分配了一项任务,即判定数独谜题中特定区域的有效性。工作进程执行此检查后,必须将其结果传给父进程。处理这个问题的一个好方法是:创建一个对每个线程可见的整数值数组。此数组中的第 i 个索引对应于第 i个工作线程。如果一个工作线程将其对应的值设置为 1,则表示它的数独谜题区域是有效的;为 0 的值表示无效。当所有工作线程完成后,父线程检查结果数组中的每项,确定数独游戏是否有效。

二、设计思路

用Java的多线程来并发执行,利用了jdk中的CountDownLatch计数器和ThreadPoolExecutor线程池来解决问题。

思路:9个线程执行9个区块的检查,另外两个分别负责行列的检查,同时将这些操作放入到线程池,并利用CountDownLatch来统计线程的情况,当所有线程完成时,主线程mian输出结果数组。

三、代码

这里判断时我用了一个小技巧来加快检查效率,即利用flag数组存放某个数字被标记的次数,如果此次检查时,该数字i对应的flag[i]中标记次数等于轮数+1,则表示在该轮检查中,已经被标记过了一次,此次又遇到,说明此轮中存在两个相同数字,与规则相悖,直接记录结果,返回即可(别忘了把计数器减一表示线程已经结束)。

package com.dreamchaser.concurrent;

import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @author 金昊霖
 */
public class Main 
    public static void main(String[] args) 
        // 线程数
        final int THREAD_POOL_SIZE = 11;
        //0-8表示9个区块,9,10表示行,列检查。值为0则通过,1表示不通过
        int [] result=new int[11];
        int [][]numbers=
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
                6,2,4,5,3,9,1,8,7,
        ;
        //一次性计数器,用于协调多线程,这里的主要目的在于等待所有线程结束再输出结果
        final  CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(11);

        // 创建线程池,其中任务队列需要结合实际情况设置合理的容量
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(THREAD_POOL_SIZE,
                THREAD_POOL_SIZE,
                0L,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(1024),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        executor.execute(new Runnable() 
            //检查行
            @Override
            public void run() 
                int [] flag=new int[9];
                for (int i=0;i<9;i++)
                    for (int j=0;j<9;j++)
                        //如果是i+1则说明不符合条件,标记并退出即可
                        if (flag[numbers[i][j]-1]==i+1)
                            result[9]=1;
                            countDown.countDown();
                            return;
                        
                        flag[numbers[i][j]-1]++;
                    
                
                countDown.countDown();
            
        );
        executor.execute(new Runnable() 
            //检查列
            @Override
            public void run() 
                int [] flag=new int[9];
                for (int i=0;i<9;i++)
                    for (int j=0;j<9;j++)
                        //如果是i+1则说明不符合条件,标记并退出即可
                        if (flag[numbers[j][i]-1]==i+1)
                            result[9]=1;
                            countDown.countDown();
                            return;
                        
                        flag[numbers[j][i]-1]++;
                    
                
                countDown.countDown();
            
        );
        for (int i=0;i<9;i+=3)
            for (int j=0;j<9;j+=3)
                executor.execute(new Check(i,j,result,numbers,countDown));
            
        
        System.out.println("未等待所有线程结束的结果:"+Arrays.toString(result));
        try 
            //等待其他所有线程结束
            countDown.await();
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        System.out.println("所有线程结束后的结果:"+Arrays.toString(result));

    



/**
 * 线程类,用于检查9个区块
 */
class Check implements Runnable
    int i;
    int j;
    int[] result;
    int[][] numbers;
    CountDownLatch countDownLatch;

    public Check(int i, int j, int[] result, int[][] numbers,CountDownLatch countDownLatch) 
        this.i = i;
        this.j = j;
        this.result = result;
        this.numbers = numbers;
        this.countDownLatch=countDownLatch;
    

    @Override
    public void run() 
        int [] flag=new int[9];
        for (int x=i;x<i+3;x++)
            for (int y=j;y<j+3;y++)
                if (flag[numbers[x][y]-1]==1)
                    result[i+j/3]=1;
                    countDownLatch.countDown();
                    return;
                
                flag[numbers[x][y]-1]++;
            
        
        countDownLatch.countDown();
    


四、总结

我之前其实自学过Java多线程的知识,可现在实际用起来还是得重新回去查资料,看来看一遍只是说我了解了这个知识,甚至只是知道这个知识,至于如何去用还需多多实践,只有在不断实践中才能理解掌握。

以上是关于操作系统作业数独解决方案验证器(利用多线程解决)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

使用多处理的数独解决方案

JAVA多线程基础

如何通过回溯和递归解决数独?

java 多线程 cpu利用率100%问题,我做了一个程序,10个线程,不到一分钟,cpu就100%了,怎么解决。

✨Code皮皮虾多方法,全面注释解析,解决——>《36. 有效的数独》

iOS多线程总结——多线程相关概念及NSObject/NSThread的使用