C語言學習 數獨游戲

摘要：花了1周多時間學習了C語言，開始練手寫解數獨游戲的程序。

C語言學習 數獨游戲

作者：烏龍哈里
時間：2015-11-22
平台：Window7 64bit,TCC 0.9.26(x86-64 Win64)

參考：

• 互動百科 數獨

章節：

正文：

    原來也用C#和Go語言寫過，主要思路是暴力撞大運破解。思路什么的在程序了都注釋了，不多說了。可能是沒用什么先進的算法，感覺C解題速度和C#差不多（除了C#第一次運行之外），基本上出來一個數獨表都不用1秒。

附完整程序：

/***************************************************
*數獨表
*作者：烏龍哈里  
*編寫時間：2015-11-21
*修改時間：2015-11-22
*思路：
1、每個表元素結構屬性有：
   值Value，回溯標志IsBack，可選值數量Remain,可選值數組Selection[9];
2、根據規則，把數獨表看成27個，每個含有9個元素的行列塊組；
   為了循環方便，分成：0-8:行組，9-17：列組，18-26：塊組；
3、找出最少要填空格的行列塊組,開始填寫。填完這個再找下個最少的；
4、填寫時先從行列塊組中挑出剩下可填寫的數字，從中隨機找個值；
5、沒有可選的時候，開始從回溯表中回到上一步，
   回溯時如果可選值數量大於1時，則拋棄先前所填值，用另外的
   值來嘗試。
****************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/*
*把表看成27組，每組9個元素，
*    0-8:行組，9-17：列組，18-26：塊組
    行內序號：從左到右 012345678
    列內序號：從上到下 012345678
    塊內序號：012
              345
              678
*GetRcb():根據index計算出行列塊
*參數：index: 序號 0-81,flag:0-2,0-行,1-列，2-塊
*
*GetNum():根據行列塊組rcb和塊內序號index計算出在數獨表中的序號
*/
int GetRcb(int index,int flag){
    int result=-1;
    switch(flag){
        case 0:
            result=index / 9;
            break;
        case 1:
            result=index % 9+9;
            break;
        case 2:
            result=index/9/3*3+index%9/3+18;
            break;
    }
    return result;
}

int GetNum(int rcb,int index){
    int result=-1;
    int flag=rcb/9;
    switch(flag){
        case 0:
            result=rcb*9+index;
            break;
        case 1:
            result=rcb-9+index*9;
            break;
        case 2:
            result=(rcb-18)/3*27+(rcb-18)%3*3+index/3*9+index%3;
            break;
    }
    return result;
}

//定義：數獨表、表內元素結構、回溯表,回溯只記錄30步
typedef signed char byte;
typedef char bool;

#define true 1
#define false 0

byte SudokuTable[81]={0};

#define STEP 30
int RecallTable[STEP]={-1};

typedef struct element{
    byte Value;
    bool IsBack;
    byte Remain;
    byte Selection[9];
}Sudoku;

Sudoku *sdk;

/*
初始化數獨元素:
*/
void InitSudoku(void){
    sdk=(Sudoku*)malloc(81*sizeof(Sudoku));
    for(int i=0;i<81;i++){
        sdk[i].Value=SudokuTable[i];
        sdk[i].IsBack=false;
        sdk[i].Remain=9;
    }
}

//查找最少空的行列塊,用意：從這個開始填空
int GetFirstRcb(void){
    int result=0;
    int lessNum=9;
    int n;
    for(int i=0;i<27;i++){
        n=9;
        for (int j=0;j<9;j++){
            if(sdk[GetNum(i,j)].Value>0){
                n--;
            }
        }
        if(n>0 && n<lessNum){
            result=i;
            lessNum=n;
        }
    }
    return result;
}

//整理可選值數組，把0值丟后面，可選值放前面，返回可選數
byte Arrange(int index){
    byte result=0;
    for(int i=0;i<9;i++){
        if(sdk[index].Selection[i]>0){
            sdk[index].Selection[result]=sdk[index].Selection[i];
            if(i!=result){sdk[index].Selection[i]=0;}
            result++;
        }
    }
    return result;
}
/*
*設置可填寫數字數組：
遍歷元素所屬的行列塊中元素，在Selection數組中把用過的值設成0；
*/
void SetSelection(int index){
    for(int i=0;i<9;i++){sdk[index].Selection[i]=i+1;}
    int rcb;
    int n;
    for(int i=0;i<3;i++){
        rcb=GetRcb(index,i);
        for(int j=0;j<9;j++){
            n=GetNum(rcb,j);
            if(sdk[n].Value>0){
                sdk[index].Selection[sdk[n].Value-1]=0;
            }
        }
    }
    sdk[index].Remain=Arrange(index);
}

//隨機選出可填寫值
byte GetValue(int index){
    byte result=0;
    srand((unsigned int)time(0));
    int n=rand()%sdk[index].Remain;
    result=sdk[index].Selection[n];
    sdk[index].Selection[n]=0;
    sdk[index].Remain=Arrange(index);
    return result;
}

/*
回溯，如果回溯表內沒有記錄，返回-1
如果可選值數量大於0的，則把回溯標記設成true
*/
int Recall(void){
    int index;
    for(int i=0;i<STEP;i++){
        if(RecallTable[i]>-1){
            index=RecallTable[i];
            sdk[index].Value=0;
            RecallTable[i]=-1;
            if(sdk[index].Remain==0){
                sdk[index].IsBack=false;
            }
            else{
                sdk[index].IsBack=true;
                return index;
            }
        }
    }
    return -1;
}
/*
填寫回溯表
從后往前填寫，滿了就移動
*/
void WriteRecallTable(int index){
    if(RecallTable[0]>-1){
        for(int i=STEP-1;i>0;i--){
            RecallTable[i]=RecallTable[i-1];
        }
        RecallTable[0]=index;
    }
    else{
        for(int i=0;i<STEP;i++){
            if(RecallTable[i]>-1){
                RecallTable[i-1]=index;
                break;
            }
        }
    }
}
/*
根據行列塊分組來填寫元素。
如果是回溯回來的，則拋棄掉現有的值，即不SetSelection()，
因為GetValue()選出值后會把所填寫的值從可選值數組中除去，
而SetSelection()是根據所有行列塊組的元素值選出剩下的可填值，
包括了上次行不通的值。
*/
bool WriteRcb(int rcb){
    int index;
    for(int i=0;i<9;i++){
        index=GetNum(rcb,i);
        if(sdk[index].Value==0){
            if(sdk[index].IsBack==false){
                SetSelection(index);
            }
            if (sdk[index].Remain==0){
                return false;
            }
            sdk[index].Value=GetValue(index);
            sdk[index].IsBack=true;    
            WriteRecallTable(index);
        }
    }
    return true;
}
//判斷填完沒有
bool Completed(void){
    for(int i=80;i>-1;i--){
        if(sdk[i].Value==0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}
//填寫全表
void FillTable(void){
    int loop=1000;
    int firstRcb=GetFirstRcb();

    while(loop>0 && Completed()==false){
        if(WriteRcb(firstRcb)==false){
            if(Recall()==-1){
                printf("Unlucky,cannot solve!\n");
                break;
            }
        }
        firstRcb=GetFirstRcb();
        loop--;
    }
}

/*************************************
*各種輸出顯示模塊
**************************************/
// //按行列塊分組顯示元素序號
// void DisplayRcb(void){
//     for (int i = 0; i <27;i++){
//         if(i%9==0){printf("\n");}
//         printf("%2d: ", i%9);
//         for (int j = 0; j <9; j++){
//             printf("%2d ",GetNum(i,j));
//         }
//         printf("\n");
//     }
// }
//顯示所有數獨表元素
void Display(void){
    for(int i=0;i<9;i++){
        if(i==3 || i==6){
            printf("------+------+------\n");
        }
        for(int j=0;j<9;j++){
            if(j==3 || j==6){ printf("|");}
            printf("%2d",sdk[i*9+j].Value);
        }
        printf("\n");
    }
}
// //顯示元素可選數字
// void DisplayRemain(int index){
//     printf("element %d remain %d selecttion: ",index,sdk[index].Remain);
//     for(int i=0;i<9;i++){
//         printf("%d ",sdk[index].Selection[i]);
//     }
//     printf("\n");
// }

/********************************
*Main
*********************************/
int main(void){
    InitSudoku();
    FillTable();
    Display();
    free(sdk);
    return 0;
}