Java实现解数独的小程序

 更新时间:2017年01月22日 09:46:14   作者:databatman   我要评论
最近在学习Java,然后上个月迷上了九宫格数独,玩了几天,觉得实在有趣,就想着能不能用编程来解决,于是就自己写了个,还真解决了。下面这篇文章就给大家主要介绍了Java实现解数独的小程序,需要的朋友可以参考借鉴。

前言

数独相信很多人都玩过,趣味性很强,十分的耐玩。可有没有程序员想过玩实现一个数独布局的算法呢?算法是个很有意思,很神奇的东西。

算法如下,需要预先给出几个固定的值,目前解决的一个最难的数独是大概26个已知值的情况,理论上应该能解决任意已知值的数独,不过不知道会不会迭代栈溢出……因为在26个已知值的情况下就迭代了3000多次了,囧~~~

结果显示如下:

这是已知值:

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

(PS:如9 8 2表示第9行第二列的值是2)

将上面的数字保存到num.txt文件中,再把底下附的源代码保存为Sudoku.java。

然后在cmd命令行模型下输入:

javac Sudoku.java 
java Sudoku <num.txt 

即可得到结果。

这个解法是我之前看到八皇后排列问题的解法后结合应用的,在数独中采用了这种解法,不过应该算是比较暴力的拆解,所以我后面命名成violentBreak。。。

虽然只是一个很小的事,但是能尝试着用编程去解决日常遇到的事,突然觉得很开心,学以致用!

java源代码:

import java.lang.System.*; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.Scanner; 
 
/**This class named Sudoku can auto calculate Sudoku but 
*you should input some nums which are already known. 
*For instance: 
*1 5 3 
*2 4 7 
*There two rows means [1][5]=3 [2][4]=7 
*i.e. In row 1 col 5 is value:5 
*you can write all known num into one txt file 
*and input into this program . 
*such as java Sudoku < num.txt 
*/ 
/**代码逻辑解析: 
* 1、建立一个9X9矩阵保存数独正确的值 
 2、建立一个9X9列表,每个列表里保存着该位置,数独可以填入的可能值 
  如ArrayList[1][1]={1,2,3}即1,1这个位置的数独可能可以填入其中一个 
  当矩阵该位置已保存了正确值时,清空对应位置的ArrayList 
 3、当列表ArrayList里只有一个可能值时,那个值就是数独的正确值,将该值填入数独矩阵 
  并更新ArrayList 
 PS:以上算法只能用于求困难级别的数独,因为我在玩游戏的时候发现,每个时刻必定会有 
  一个数独空位,是只能填入一个值的,所以这个算法才能运行 
  当一个数独(即已知位置的值变少时),可能会出现所有的空位都最起码有两个值时, 
  需要改进算法,通过代入来判断这个数独是否成立 
 4、于是后期我加入了暴力破解法,在上面的步骤执行后无法得出数独,即使用暴力破解 
*  
*/ 
 
public class Sudoku{ 
 //弄十的原因是为了好记忆,0,0不用,只用1-9的list 
 private ArrayList<Integer>[][] availableNum=new ArrayList[10][10]; 
 private int[][] correctNum=new int[10][10]; 
 private Scanner scan=new Scanner(System.in); 
 private int countNum=0; 
 
 { 
  for(int i=0;i<10;i++){ 
   for(int j=0;j<10;j++){ 
    availableNum[i][j]=new ArrayList<>(); 
   } 
  } 
  for(int row=1;row<10;row++){ 
   for(int col=1;col<10;col++){ 
    for(int i=1;i<10;i++) 
     availableNum[row][col].add(new Integer(i)); 
   } 
  } 
  //先都初始化为-1,即此时没有填充数字 
  for(int i=0;i<10;i++) 
   for(int j=0;j<10;j++) 
    correctNum[i][j]=-1; 
 
 } 
 public Sudoku(){} 
 //在对应数独位置插入正确值 
 public void insert(int row,int col,int value){ 
  correctNum[row][col]=value; 
  availableNum[row][col]=null; 
  delete(row,col,value); 
 } 
 //每插入一个数值,就删除相应的行列和小框框3X3数独里对应的ArrayList里可能的该值 
 public void delete(int row,int col,int value){ 
  //delte row 
  for(int i=1;i<10;i++){ 
   if (availableNum[row][i]!=null) 
    availableNum[row][i].remove(new Integer(value)); 
  } 
  //delete column 
  for(int i=1;i<10;i++){ 
   if (availableNum[i][col]!=null) 
    availableNum[i][col].remove(new Integer(value)); 
  } 
  //delete box num 
  int[] itsCenter=judgeCenterPos(row,col); 
  for(int temp1=itsCenter[0]-1;temp1<=itsCenter[0]+1;temp1++) 
   for(int temp2=itsCenter[1]-1;temp2<=itsCenter[1]+1;temp2++) 
    if(availableNum[temp1][temp2]!=null){ 
     availableNum[temp1][temp2].remove(new Integer(value)); 
    } 
 } 
 //判断插入的值时处于哪个小框框数独里 
 public int[] judgeCenterPos(int row,int col){ 
  int[] itsCenter=new int[2]; 
  for(int centerRow=2;centerRow<9;centerRow+=3) 
   for(int centerCol=2;centerCol<9;centerCol+=3){ 
    if( Math.abs(row-centerRow)<=1 && 
     Math.abs(col-centerCol)<=1 ){ 
     itsCenter[0]=centerRow; 
     itsCenter[1]=centerCol; 
     return itsCenter; 
    } 
   } 
  System.out.println("Some unchecked error was happened"); 
  return itsCenter; 
 } 
 //判断空格里所能填的数字是不是只能有一个,当返回-1时通过检测报错 
 public int[] judgeIfOnlyOne(){ 
  for(int row=1;row<10;row++) 
   for(int col=1;col<10;col++){ 
    if(availableNum[row][col]!=null) 
     if(availableNum[row][col].size()==1) 
      return new int[]{row,col}; 
   } 
  return new int[]{-1,-1}; 
 } 
 // 判断为唯一,但是空格里还有多于1个的数时,我们直接将哪个正确的值填入 
 public void insertIfCan(){ 
  for(int row=1;row<=7;row+=3){ 
   for(int col=1;col<=7;col+=3){ 
    for(int z=1;z<10;z++){ 
     int count=0; 
     Integer temp=new Integer(z); 
     int itemp=0,jtemp=0; 
     outer: 
     for(int i=row;i<row+3;i++){ 
      for(int j=col;j<col+3;j++){ 
       if(availableNum[i][j]!=null){ 
        if(availableNum[i][j].contains(temp)){ 
         count++; 
         itemp=i; 
         jtemp=j; 
         if (count>1) 
          break outer; 
        } 
       } 
      } 
     } 
     if(count==1 && itemp!=0){ 
      insert(itemp,jtemp,z); 
     } 
    } 
   } 
  } 
 } 
 
 
 
 //判断数独的矩阵是否填满,没有则继续 
 public boolean judgeMatrixFull(){ 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++) 
    if(correctNum[i][j]==-1) 
     return false; 
  return true; 
 } 
 //先输入已知位置的数字 
 public void inputNumKnown(){ 
  while(scan.hasNextInt()){ 
   int row=scan.nextInt(); 
   int col=scan.nextInt(); 
   int value=scan.nextInt(); 
   insert(row,col,value); 
   delete(row,col,value); 
  } 
 } 
  
 //打印数独结果 
 public void printSudoku(){ 
  printSudoku(correctNum); 
 } 
 public void printSudoku(int[][] arr){ 
  System.out.println("Sudoku result:"); 
  for(int i=1;i<10;i++){ 
   for(int j=1;j<10;j++) 
    System.out.print(arr[i][j]+" "); 
   System.out.println(" "); 
  } 
 } 
 public void printList(){ 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++){ 
    System.out.print(i+" "+j+":"); 
    if(availableNum[i][j]!=null) 
     for(int z=0;z<availableNum[i][j].size();z++){ 
      System.out.print(availableNum[i][j].get(z)+" "); 
     } 
    System.out.println(" "); 
   } 
 } 
 
 
 //暴力破解 
 public void violentBreak(){ 
  int i=1,j=1; 
  outer: 
  for(;i<10;i++) 
   for(;j<10;j++) 
    if(correctNum[i][j]!=-1) 
     break outer; 
  violentInsert(i,j,correctNum[i][j],correctNum); 
 } 
 
 public void violentInsert(int row,int col,int value,int[][] arr){ 
  countNum++; 
  int[][] tempMatrix=new int[10][10]; 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++) 
    tempMatrix[i][j]=arr[i][j]; 
  tempMatrix[row][col]=value; 
  //不能insert的话说明填满了 
  int[] insertPos=canInsert(tempMatrix); 
  if(insertPos[0]==-1){ 
   System.out.println("all insert is done.This is the last Sudoku:"); 
   printSudoku(tempMatrix); 
   return; 
  } 
 
  for(int val=1;val<=10;val++){ 
   if(val==10){ 
    tempMatrix=null; //让JVM回收垃圾 
    //System.out.println("value=10 happened."); 
    return; 
   } 
   if(judgeIfViolentInsert(insertPos[0],insertPos[1],val,tempMatrix)){ 
    //System.out.println("insert happened."); 
    violentInsert(insertPos[0],insertPos[1],val,tempMatrix); 
   } 
  } 
 } 
 public int[] canInsert(int[][] tempMatrix){ 
  int[] pos={-1,-1}; 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++){ 
    if(tempMatrix[i][j]==-1){ 
     pos[0]=i; 
     pos[1]=j; 
     return pos; 
    } 
   } 
  return pos; 
 } 
 
 public boolean judgeIfViolentInsert(int row,int col,int value,int[][] tempMatrix){ 
  for(int j=1;j<10;j++) 
   if(value==tempMatrix[row][j]) 
    return false; 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   if(value==tempMatrix[i][col]) 
    return false; 
 
  int[] itsCenter=judgeCenterPos(row,col); 
  for(int temp1=itsCenter[0]-1;temp1<=itsCenter[0]+1;temp1++) 
   for(int temp2=itsCenter[1]-1;temp2<=itsCenter[1]+1;temp2++) 
    if(value==tempMatrix[temp1][temp2]) 
     return false; 
  return true; 
 } 
 
 //数独开始运算的函数 
 public void start(){ 
  int[] nextInsert=new int[2]; 
  int count=0; 
  this.inputNumKnown(); 
  while(!judgeMatrixFull()){ 
   nextInsert=judgeIfOnlyOne(); 
   if(nextInsert[0]==-1){ 
    this.insertIfCan(); 
    count++; 
    if(count==15){ 
     System.out.println("Cannot fullfill this sodoku through finding the only one left."); 
     System.out.println("count:"+count); 
     break; 
    } 
    continue; 
   } 
   int value=availableNum[nextInsert[0]][nextInsert[1]].get(0); 
   insert(nextInsert[0],nextInsert[1],value); 
  } 
  printSudoku(); 
  //满了就不用暴力破解了 
  if(judgeMatrixFull()) 
   return; 
  System.out.println("Now we should break this Sudoku by violent method."); 
  violentBreak(); 
  System.out.println("Recursion times:"+countNum); 
 } 
 
 
 public static void main(String[] args){ 
  Sudoku test1=new Sudoku(); 
  test1.start(); 
  int[] a=new int[2]; 
  System.out.println(a); 
  System.out.println(a[0]); 
 } 
} 

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,如果有疑问大家可以留言交流。

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