利用程序随机构造N个已解答的数独棋盘

Posted 2021-01-10 小小萝卜

 

程序代码：
package shudu;

import java.util.ArrayList;

class Point {
    public Point() {
    }

    public Point(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public Point(int x, int y, int re) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.freshTime = re;
    }

    // /**
    // * 当前point 集合所代表的数独的数
    // */
    // public int currentNum = 1;

    /**
     * 一个点在一个宫里面有9中可能的位置,此值为在每个宫中试探的次数
     */
    public int freshTime = 0;
    public int x;
    public int y;
    public ArrayList<Point> availablePoint = new ArrayList<Point>();

    static public Point[][] initPoint() {
        Point[][] p = new Point[9][9];
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            for (int j = 0; j < p.length; j++) {
                p[i][j] = new Point();
            }
        }
        return p;
    }

    static public void initEachPoint(Point[] p) {
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i].x=-1;
            p[i].y=-1;
            p[i].freshTime=0;
            
        }
    }
}

public class Main {
    private int _step = 3;
    // private int _currentNum=1;
    private int[][] _rectangle = new int[9][9];
    // point 历史记录
    private int _history = -1;

    public Main() {
        for (int i = 0; i < this._rectangle.length; i++) {
            for (int j = 0; j < this._rectangle[i].length; j++) {
                this._rectangle[i][j] = 0;
            }
        }
    }

    public boolean isTheSame(Point[] p, int count) {
        int[] x = new int[] { -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, };
        int[] y = new int[] { -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, };
        for (int i = 0; i <=count; i++) {//唯一bug,<=写成<
            if (x[p[i].x] == -2) {
                x[p[i].x] = 0;
            } else {
                return true;
            }
            if (y[p[i].y] == -2) {
                y[p[i].y] = 0;
            } else {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public void print(int[][] a) {
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            for (int j = 0; j < a[i].length; j++) {
                System.out.print(a[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }

    public int random(int begin, int end) {
        return (int) (Math.random() * (end - begin) + begin);
    }

    /**
     * 
     * @param xPos
     *            参照x坐标
     * @param yPos
     *            参照y坐标
     * @param xCol
     *            实际x坐标
     * @param yCol
     *            实际y坐标
     * @return
     */
    public boolean isPosOutOfBoundry(int xPos, int yPos, int xCol, int yCol) {
        int xEnd = xPos + this._step;
        int yEnd = yPos + this._step;
        if ((xCol >= xPos && xCol < xEnd) && (yCol >= yPos && yCol < yEnd)) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    public Point generateRandomXYPos(int xPos, int yPos) {
        // int xCol = random(xPos, xPos + this._step);
        // int yCol = random(yPos, yPos + this._step);
        Point point = new Point();
        // 选取某个宫中的点的位置时，此位置不可用的次数
        int num = 0;
        // 当前随机位置不可生成点
        for (int i = xPos; i < xPos + this._step; i++) {
            for (int j = yPos; j < yPos + this._step; j++) {
                if (this._rectangle[i][j] != 0) {
                    num++;
                } else {
                    point.availablePoint.add(new Point(i, j));
                }
            }
        }
        point.freshTime = num;
        return point;
    }

    public int[][] generate() {
        // 以步长为3增加的锚点
        int xPos, yPos;
        // 数独点的坐标
        int xCol, yCol;
        Point[][] p = Point.initPoint();
        // 对1-9每个数进行操作
        for (int i = 0; i < 2;) {
            // 初始化点集
            // 历史记录是上一次9个宫都满足时所记录的状态
            boolean needBack = false;
            this._history++;
            if (this._history >= 9) {
                this._history = 0;
            }
            Point.initEachPoint(p[this._history]);

            // p[this._history][count].currentNum = i + 1;

            for (xPos = 0; xPos < this._rectangle.length; xPos += this._step) {
                if (needBack) {
                    break;
                }
                for (yPos = 0; yPos < this._rectangle.length; yPos += this._step) {
                    // 宫
                    int count = ((xPos * this._step) + yPos) / this._step;
                    Point _pPoint = generateRandomXYPos(xPos, yPos);
                    p[this._history][count].freshTime = _pPoint.freshTime;
                    // 在某一个宫处9个小格都满足不了，只能回溯
                    if (_pPoint.freshTime >= 9) {
                        needBack = true;
                        break;
                    }
                    while (_pPoint.availablePoint.size() > 0) {
                        int k = random(0, _pPoint.availablePoint.size());
                        p[this._history][count].x = _pPoint.availablePoint.get(k).x;
                        p[this._history][count].y = _pPoint.availablePoint.get(k).y;
                        if (!this.isTheSame(p[this._history], count)) {
                            break;
                        }
                        _pPoint.availablePoint.remove(k);
                    }
                }
            }
            if (needBack) {
                this._history--;
                if (this._history < 0) {
                    this._history = 8;
                }
                // 清空上一次的，重新随机，，，（有可能会随机一模一样的值）
                for (int n = 0; n < p[this._history].length; n++) {
                    this._rectangle[p[this._history][n].x][p[this._history][n].y] = 0;
                }
                i--;
            } else {
                for (int n = 0; n < p[this._history].length; n++) {
                    this._rectangle[p[this._history][n].x][p[this._history][n].y] = i + 1;
                }
                i++;
            }
        }
        return this._rectangle;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        int[][] shudu = main.generate();
        main.print(shudu);
    }
}

程序运行结果：随机生成5个不重复的数独棋盘

8 9 3 1 6 5 4 7 2
2 7 6 3 4 8 1 9 5
4 1 5 2 7 9 6 3 8
7 4 1 8 2 6 3 5 9
3 6 8 7 5 9 2 1 4
5 2 9 4 1 3 7 8 6
6 5 4 9 7 1 7 2 3
9 3 2 6 8 4 5 6 1
1 8 7 5 3 2 9 4 8

7 5 1 6 9 3 2 4 8
6 3 8 4 2 7 5 9 1
9 2 4 5 8 1 3 6 7
3 4 6 2 7 9 1 5 8
1 9 7 8 5 4 6 2 3
5 8 2 3 1 6 4 7 9
2 7 9 1 3 8 9 8 4
4 1 3 7 6 5 6 3 2
8 6 5 9 4 2 7 1 5

5 4 3 6 7 2 1 8 7
7 1 2 4 5 8 6 9 3
8 9 6 3 9 1 2 5 4
9 5 4 7 6 3 8 2 1
3 6 7 2 1 4 5 7 9
1 2 8 5 9 8 3 4 6
6 3 9 8 2 7 9 1 5
4 7 5 1 4 6 7 3 2
2 8 1 9 3 5 4 6 8

9 2 3 4 8 5 7 6 1
5 6 1 7 2 3 4 8 9
7 8 4 6 9 1 3 5 2
3 7 6 1 9 7 5 2 4
8 1 2 5 3 4 6 9 8
4 9 5 8 6 2 7 1 3
6 4 7 2 5 7 1 3 9
1 3 8 8 4 6 2 7 5
2 5 9 3 1 9 8 4 6

8 7 5 2 1 4 3 6 9
1 2 3 7 6 5 8 7 4
9 6 4 3 9 8 2 1 5
7 5 1 7 3 2 6 4 7
3 8 9 5 4 6 9 2 1
6 4 2 1 8 9 5 3 8
5 1 9 4 2 3 9 8 6
4 3 6 8 9 7 1 5 2
2 7 8 6 5 1 4 7 3

    分析：我是先对下标进行比较，把数独分成九个宫，那么每宫生成一个数字总共生成9个，这九个的横纵坐标都是唯一的，不会出现某两个横坐标或者纵坐标相等的情况；每个小宫里面的数字的位置又有九种可能，回溯条件是，当要对某个宫填值时，首先遍历这个宫，看是否有空位并记录遍历它的次数，如果遍历次数超过九次。那么说明当前要填的数字不能在此宫下填了；但是又因为是九个宫一起填一个数字，所以必须全部回溯，回溯到上一次正确的填值，并且还要把上次正确填的值重置；因为即使你上次的值是对的，但是却填导致这次无路可走，所以上次的要重新随机充填。 以上为止并没有往数独里面填数字，只是在比较下标，如果这次下标验证正确，才往数独里面填值。如果不对，删掉数独里面上次正确的值重来。这样会有个概率性的问题，”上次的值删掉后重新填过后的值还有可能又是上次的”。

    心得：通过本次作业，一定程度锻炼了自己的编程能力，对java相关知识更深层次理解和运用，遇到的难题和未解决的疑惑是这个程序的思路大致上没有问题，但运行的结果不尽人意。遇到的难题和未解决的疑惑：同行同列出现了重复的数字，暂时找不出哪里的逻辑出了问题，回溯法还是存在理不清的状态，希望老师能够给出指导。整个程序花费的时间达到3天至4天，想看到最后运行的结果正确，然而却找不到bug，十分无奈。

课外任务：
   目前来说，软件工程专业基础课之前没有学过，还有其他一些专业课知识没有掌握，基础相对来说薄弱，需课后花更多的时间自主学习。以下几个技能希望能够有所提升在学习高级软件工程的路上。