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python實(shí)現(xiàn)解數(shù)獨(dú)程序代碼

 更新時(shí)間:2017年04月12日 08:45:11   作者:未曾見海  
最近在帶孩子學(xué)習(xí)數(shù)獨(dú),職業(yè)使然,就上網(wǎng)搜了下相關(guān)程序的解法,這里分享給大家,希望對大家學(xué)習(xí)python有所幫助

偶然發(fā)現(xiàn)linux系統(tǒng)附帶的一個(gè)數(shù)獨(dú)游戲,打開玩了幾把。無奈是個(gè)數(shù)獨(dú)菜鳥,以前沒玩過,根本就走不出幾步就一團(tuán)漿糊了。

于是就打算借助計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算力來暴力解數(shù)獨(dú),還是很有樂趣的。

下面就記錄一下我寫解數(shù)獨(dú)程序的一些思路和心得。

一.數(shù)獨(dú)游戲的基本解決方法

編程籠統(tǒng)的來說,就是個(gè)方法論。不論什么程序,都必須將問題的解決過程分解成計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的若干個(gè)簡單方法。俗話說,大道至簡。對于只能明白0和1的計(jì)算機(jī)來說,就更需要細(xì)分步驟,一步一步的解決問題了。

首先來思考一下解數(shù)獨(dú)的基本概念。

數(shù)獨(dú)橫九豎九共八十一個(gè)格子,同時(shí)又分為9個(gè)九宮格。規(guī)則很簡單——需要每一個(gè)格中的數(shù)字,都保證與其所在橫排和豎排以及九宮格內(nèi)無相同數(shù)字。

所以我們的大概思路就是,從第一個(gè)空格開始試著填數(shù),從 1 開始填,如果 1 不滿足橫排豎排九宮格無重復(fù)的話,就再填入 2 ,以此類推,直到填入一個(gè)暫時(shí)滿足規(guī)則的數(shù),中斷此格,移動到下一個(gè)空格重復(fù)這個(gè)過程。

如果到達(dá)某個(gè)空格發(fā)現(xiàn)已經(jīng)無數(shù)可選了,說明前面某一格填錯(cuò)了,那就返回上一格,從上一格的中斷處繼續(xù)往 9 嘗試,直到這樣回朔到填錯(cuò)的那一格。

這樣的話,我們就可以整理出重要的步驟了:

•尋找到下一個(gè)空格
•輪流填入格中數(shù)字 1 到 9
•遞歸判斷填入數(shù)是否符合規(guī)則

二.程序

首先測試數(shù)獨(dú)使用的是芬蘭數(shù)學(xué)家因卡拉花費(fèi)3個(gè)月時(shí)間設(shè)計(jì)出的世界上迄今難度最大的數(shù)獨(dú)。如下

將空格用 0 表示,同時(shí)將數(shù)獨(dú)表示成嵌套的列表,這樣每格的行數(shù)和列數(shù)就正好是列表中每個(gè)對應(yīng)數(shù)的索引。

程序如下:

 #coding=utf-8
 import datetime
 class solution(object):
   def __init__(self,board):
     self.b = board
     self.t = 0
 
   def check(self,x,y,value):#檢查每行每列及每宮是否有相同項(xiàng)
     for row_item in self.b[x]:
       if row_item == value:
         return False
     for row_all in self.b:
       if row_all[y] == value:
         return False
     row,col=x/3*3,y/3*3
     row3col3=self.b[row][col:col+3]+self.b[row+1][col:col+3]+self.b[row+2][col:col+3]
     for row3col3_item in row3col3:
       if row3col3_item == value:
         return False
     return True
 
   def get_next(self,x,y):#得到下一個(gè)未填項(xiàng)
     for next_soulu in range(y+1,9):
       if self.b[x][next_soulu] == 0:
         return x,next_soulu
     for row_n in range(x+1,9):
       for col_n in range(0,9):
         if self.b[row_n][col_n] == 0:
           return row_n,col_n
     return -1,-1 #若無下一個(gè)未填項(xiàng),返回-1
 
   def try_it(self,x,y):#主循環(huán)
     if self.b[x][y] == 0:
       for i in range(1,10):#從1到9嘗試
         self.t+=1
         if self.check(x,y,i):#符合 行列宮均無條件 的
           self.b[x][y]=i #將符合條件的填入0格
           next_x,next_y=self.get_next(x,y)#得到下一個(gè)0格
           if next_x == -1: #如果無下一個(gè)0格
             return True #返回True
           else:    #如果有下一個(gè)0格,遞歸判斷下一個(gè)0格直到填滿數(shù)獨(dú)
             end=self.try_it(next_x,next_y)
             if not end:  #在遞歸過程中存在不符合條件的,即 使try_it函數(shù)返回None的項(xiàng)
               self.b[x][y] = 0  #回朔到上一層繼續(xù)
             else:
               return True
 
   def start(self):
     begin = datetime.datetime.now()
     if self.b[0][0] == 0:
       self.try_it(0,0)
     else:
       x,y=self.get_next(0,0)
       self.try_it(x,y)
     for i in self.b:
       print i
     end = datetime.datetime.now()
     print '\ncost time:', end - begin
     print 'times:',self.t
     return
 
 
 s=solution([[8,0,0,0,0,0,0,0,0],
     [0,0,3,6,0,0,0,0,0],
     [0,7,0,0,9,0,2,0,0],
     [0,5,0,0,0,7,0,0,0],
     [0,0,0,8,4,5,7,0,0],
     [0,0,0,1,0,0,0,3,0],
     [0,0,1,0,0,0,0,6,8],
     [0,0,8,5,0,0,0,1,0],
     [0,9,0,0,0,0,4,0,0]])
 73 s.start()

值得注意的是使用的遞歸判斷能夠很巧妙的在走錯(cuò)分支時(shí)回朔到上一層。具體實(shí)現(xiàn)是通過 for 循環(huán)來從 1 到 9 不斷填入數(shù)字同時(shí)達(dá)到記錄中斷點(diǎn)的作用。通過下一層的返回值來確定是否回朔。

程序輸出如下:

[8, 1, 2, 7, 5, 3, 6, 4, 9]
[9, 4, 3, 6, 8, 2, 1, 7, 5]
[6, 7, 5, 4, 9, 1, 2, 8, 3]
[1, 5, 4, 2, 3, 7, 8, 9, 6]
[3, 6, 9, 8, 4, 5, 7, 2, 1]
[2, 8, 7, 1, 6, 9, 5, 3, 4]
[5, 2, 1, 9, 7, 4, 3, 6, 8]
[4, 3, 8, 5, 2, 6, 9, 1, 7]
[7, 9, 6, 3, 1, 8, 4, 5, 2]

cost time: 0:00:00.060687
times: 45360

可以看到程序雖然運(yùn)算次數(shù)比較多,但是速度還是很快的。

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