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    用java解数独
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    用java解数独

    shellingford · 原创 ·
    程序人生 · java
    共 9531 字 · 约 2 分钟 · 256
    本文最后更新于2023年08月05日,已经过了266天没有更新,若内容或图片失效,请留言反馈

    其实也就是用到了回溯算法。

    回溯算法也叫试探法,它是一种系统地搜索问题的解的方法。回溯算法的基本思想是:从一条路往前走,能进则进,不能进则退回来,换一条路再试。

    首先定义一个Sudoku类,用来保存和处理9*9的数组

    java 代码:
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    /**
     * Created shellingford on 2017/3/4.
     */
    public class Sudoku {
        private int[][] src;
        private List<IRule> ruleList = new ArrayList<>();
        private List<Result> resultList = new ArrayList<>();
        private boolean findOne = true;
    
        /**
         * 判断是否符合规则
         * @param x
         * @param y
         * @return
         */
        private boolean check(int x,int y){
            if(ruleList.size()>0){
                for (IRule iRule : ruleList) {
                    boolean flag=iRule.check(src,x,y);
                    if(flag==false){
                        return false;
                    }
                }
            }
            return true;
        }
    
        public Result backTrace(int x,int y){
            if(x==8 && y==9){
                //已经解出答案
                Result result = new Result(src,x,y);
                resultList.add(result);
                return result;
            }
            //行末换行
            if(y==9){
                x++;
                y=0;
            }
            if(src[x][y]==0){
                //该值可以替换
                for (int i = 1; i <=9 ; i++) {
                    //先暂时赋值
                    src[x][y] = i;
                    if(check(x,y)){
                        //如果没有问题
                        Result result = backTrace(x,y+1);
                        if(result.isSuccess() && findOne){
                            //只要找一个答案 并且已经找到
                            return result;
                        }
                    }
                    src[x][y]=0;
                }
                //已经替换完所有的可能了,还是没有正确的
                return new Result(x,y);
            }else{
                //固定值,不能变换
                Result result = backTrace(x,y+1);
                return result;
            }
        }
    
        public List<Result> getResultList() {
            return resultList;
        }
    
        public void addRule(IRule rule){
            ruleList.add(rule);
        }
    
        public void clearRule(){
            ruleList.clear();
        }
    
        public Sudoku(String[] str){
            int[][] x=new int[9][9];
            for (int i = 0; i <9 ; i++) {
                for (int j = 0; j <9 ; j++) {
                    x[i][j]=Integer.parseInt(str[i].charAt(j)+"");
                }
            }
            src=x;
        }
    
        public Sudoku(int[][] x){
            src=x;
        }
    
        public void display(){
            for (int i = 0; i <src.length ; i++) {
                for (int j = 0; j <src[i].length ; j++) {
                    System.out.print(src[i][j]);
                }
                System.out.println();
            }
        }
    
        public boolean isFindOne() {
            return findOne;
        }
    
        public void setFindOne(boolean findOne) {
            this.findOne = findOne;
        }
    }

    可以看到主要的解题算法在backTrace函数中,通过不断尝试,正确的则继续调用自身,错误的则返回上层尝试其他数值。

    check方法用来判断当前数组是否符合规范,这里为了扩展一些其他特殊数独规则,使用了接口,把判断依据放入了ruleList里面。

    接着看一下规则接口

    java 代码:
    public interface IRule {
        public boolean check(final int[][] src,int x,int y);
    }

    只是简单的定义入参,和判断返回boolean值

    接着是基础的规则,横竖判断不能重复

    java 代码:
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created shellingford on 2017/3/4.
     * 行列规则
     */
    public class BaseSudokuRule implements IRule {
    
        private final boolean isX;
    
        public BaseSudokuRule(boolean isX) {
            this.isX = isX;
        }
    
        @Override
        public boolean check(int[][] src, int x, int y) {
            if(isX){
                //判断X
                List<Integer> list = new ArrayList<>(9);
                for (int i = 0; i <9 ; i++) {
                    if(src[i][y]!=0){
                        Integer one = new Integer(src[i][y]);
                        if(list.contains(one)){
                            return false;
                        }
                        list.add(one);
                    }
                }
            }else{
                //判断Y
                List<Integer> list = new ArrayList<>(9);
                for (int i = 0; i <9 ; i++) {
                    if(src[x][i]!=0){
                        Integer one = new Integer(src[x][i]);
                        if(list.contains(one)){
                            return false;
                        }
                        list.add(one);
                    }
                }
            }
            return true;
        }
    }

    还有3*3不能重复规则

    java 代码:
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created shellingford on 2017/3/4.
     * 3*3规则
     */
    public class SubSudokuRule implements IRule{
    
        @Override
        public boolean check(int[][] src, int x, int y) {
            int startX=x/3;
            int startY=y/3;
            List<Integer> list = new ArrayList<>(9);
            for (int i = startX*3; i <startX*3+3 ; i++) {
                for (int j = startY*3; j <startY*3+3 ; j++) {
                    if(src[i][j]!=0){
                        Integer one = new Integer(src[i][j]);
                        if(list.contains(one)){
                            return false;
                        }
                        list.add(one);
                    }
                }
            }
            return true;
        }
    }

    以及保存正确结果的返回对象

    java 代码:
    /**
     * Created shellingford on 2017/3/4.
     * 数独解析结果
     */
    public class Result {
        private int x;
        private int y;
        private int[][] src;
        private boolean success=true;
    
        public boolean hasNext(){
            if(x==8 && y>=9){
                return false;
            }
            return true;
        }
    
        public int getX() {
            return x;
        }
    
        public int getY() {
            return y;
        }
    
        public int[][] getSrc() {
            return src;
        }
    
        public boolean isSuccess() {
            return success;
        }
    
        public void display(){
            if(src!=null){
                for (int i = 0; i <src.length ; i++) {
                    for (int j = 0; j <src[i].length ; j++) {
                        System.out.print(src[i][j]);
                    }
                    System.out.println();
                }
            }
        }
    
        public Result(int x,int y){
            this(null,x,y);
        }
    
        public Result(int[][] data,int x,int y){
            this.x=x;
            this.y=y;
            if(data==null){
                success=false;
            }else{
                src=new int[9][9];
                for (int i = 0; i <9 ; i++) {
                    for (int j = 0; j <9 ; j++) {
                        src[i][j]=data[i][j];
                    }
                }
            }
        }
    }

    可以额外增加规则,例如与之上下左右相邻的总和等于多少的规则

    java 代码:
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created shellingford on 2017/3/4.
     * 相邻四格之和规则
     */
    public class SumRule implements IRule{
    
        private final int destX;
        private final int destY;
        private final int sum;
    
        public SumRule(int destX, int destY, int sum) {
            this.destX = destX;
            this.destY = destY;
            this.sum = sum;
        }
    
    
        @Override
        public boolean check(int[][] src, int x, int y) {
            //首先判断是否相邻
            boolean  needCheck=false;
            if(destX == x && destY==y){
                needCheck=true;
            }else if(destX==x){
                if(destY==y-1 || destY==y+1){
                    needCheck=true;
                }
            }else if(destY==y){
                if(destX==x-1 || destX==x+1){
                    needCheck=true;
                }
            }
            if(needCheck==false){
                //这里是因为变动数据并不影响这个规则,所以返回检查通过
                return true;
            }
            List<Integer> list = new ArrayList<>();
            list.add(src[destX-1][destY]);
            list.add(src[destX+1][destY]);
            list.add(src[destX][destY]);
            list.add(src[destX][destY+1]);
            list.add(src[destX][destY-1]);
            int sum=0;
            for (Integer integer : list) {
                if(integer==0){
                    //这里是因为有存在未填充的数据,所以不用检查
                    return true;
                }
                sum=sum+integer;
            }
            return this.sum==sum;
        }
    }

    最后是main函数调用

    java 代码:
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created shellingford on 2017/3/4.
     */
    public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            String x[]={
                    "001000500",
                                    "020000010",
                                    "500000009",
                                    "000000000",
                                    "000000000",
                                    "000000000",
                                    "900000004",
                                    "010000060",
                                    "004000100"
            };
            Sudoku sudoku = new Sudoku(x);
            sudoku.setFindOne(false);
            //构造基础规则
            BaseSudokuRule xRule = new BaseSudokuRule(true);
            BaseSudokuRule yRule = new BaseSudokuRule(false);
            sudoku.addRule(xRule);
            sudoku.addRule(yRule);
            SubSudokuRule subSudokuRule = new SubSudokuRule();
            sudoku.addRule(subSudokuRule);
    
            //增加特殊规则
            sudoku.addRule(new SumRule(1,4,17));
            sudoku.addRule(new SumRule(2,2,29));
            sudoku.addRule(new SumRule(2,6,22));
            sudoku.addRule(new SumRule(4,1,34));
            sudoku.addRule(new SumRule(4,4,23));
            sudoku.addRule(new SumRule(4,7,20));
            sudoku.addRule(new SumRule(6,2,22));
            sudoku.addRule(new SumRule(6,6,29));
            sudoku.addRule(new SumRule(7,4,33));
    
    
    
            sudoku.backTrace(0,0);
            List<Result> list = sudoku.getResultList();
            for (Result result : list) {
                if(result.isSuccess()){
                    System.out.println("============");
                    result.display();
                    System.out.println("============");
                }
            }
        }
    }
    声明:本文由 shellingford(博主)原创,依据 CC-BY-NC-SA 4.0 许可协议 授权,转载请注明出处。

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