数独解题程序的JAVA实现
先上号称最难数独的解题结果图
简单:
其中使用int[9][9]的二维数组表示数独各位置的值和候选数：
| 16进制 | 2进制 | 意义 |
|---|---|---|
| 0x1 | 1 | 确定值1 |
| 0x2 | 10 | 确定值2 |
| 0x4 | 100 | 确定值3 |
| 0xD3 | 1101 0101 | 候选值1 3 5 7 8 |
| 0x1FF | 1 1111 1111 | 候选值1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
其中只使用了唯一候选数法和递归试填,虽然也写了其他解题技巧的实现（如隐性唯一候选数法、候选数区块删减法、候选数对删减法、隐性候选数对删减法等）,加入之后也可以将其变成一个解题演示器，但加入之后：1.时间效率上并不比现在的更高，2.并没有写完所有的已知解题技巧的实现，并且，即使写出了所有解题技巧的实现，递归试填仍然是解高级难题必须使用的方法。所以,最后也没加。
完整代码:
package test;
/**
* @author l.wang([email protected])
*/
public class Sudoku {
/**
* 号称最难数独( 空格分开的81个数字 0 表示待填,)
*/
static String source = "8 0 0 0 0 0 0 0 0" +
"0 7 0 0 9 0 2 0 0" +
"0 0 3 6 0 0 0 0 0" +
"0 5 0 0 0 7 0 0 0" +
"0 0 0 0 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";
static long start;
static int i;
public static void main(String[] args) {
start = System.nanoTime();
int[][] data = init(source);
for (int i = 0; i < 9; i++) {
for (int j = 0; j < 9; j++) {
if (data[i][j] == 0) {
data[i][j] = 0x1ff;
}
}
}
print(data);
solve(data);
System.out.println("总用时：" + (System.nanoTime() - start) / 1000000.0 + "ms");
}
private static void solve(int[][] data) {
analyse(data);
int result = check(data);
if (result == 1) {
int[] position = smallPosition(data);
int pv = data[position[0]][position[1]];
int pvcount = Integer.bitCount(pv);
for (int i = 0; i < pvcount; i++) {
int testV = 1 << ((int) (Math.log(Integer.highestOneBit(pv)) / Math.log(2)));
pv ^= testV;
// System.out.println("试填["+position[0]+","+position[1]+"]"+((int)
// (Math.log(Integer.highestOneBit(testV)) / Math.log(2))+1));
int[][] copy = copyData(data);
copy[position[0]][position[1]] = testV;
solve(copy);
}
} else if (result == 0) {
System.out.println("------------------------------------第"+(++i)+"个答案---------------------"
+ (System.nanoTime() - start) / 1000000.0 + "ms---");
print(data);
}
}
/**
* 复制数独数组
* @param data
* @return
*/
private static int[][] copyData(int[][] data) {
int[][] copy = new int[9][9];
for (int i = 0; i < 9; i++) {
for (int j = 0; j < 9; j++) {
copy[i][j] = data[i][j];
}
}
return copy;
}
/**
* 找到候选数最少的位置开始尝试
* ****显著提升了效率*****
* @param data
* @return int[2] 行列位置
*/
public static int[] smallPosition(int[][] data) {
int[] res = null;
int smallCount = 10;
for (int i = 0; i < 9; i++) {
for (int j = 0; j < 9; j++) {
int bitcount = Integer.bitCount(data[i][j]);
if (bitcount == 2) {
return new int[] { i, j };
} else if (bitcount != 1) {
if (smallCount > bitcount) {
smallCount = bitcount;
res = new int[] { i, j };
}
}
}
}
return res;
}
/**
* 检查结果
* @param data
* @return 0 正确
* 1 还有位置未填
* -1 错误
*/
private static int check(int[][] data) {
for (int i = 0; i < 9; i++) {
int row = 0;
int col = 0;
int block = 0;
for (int j = 0; j < 9; j++) {
if (Integer.bitCount(data[i][j]) > 1) {
return 1;
}
row |= data[i][j];
col |= data[j][i];
}
for (int h = i / 3 * 3; h < i / 3 * 3 + 3; h++) {
for (int l = i % 3 * 3; l < i % 3 * 3 + 3; l++) {
block |= data[h][l];
}
}
if (row != 0x1ff || col != 0x1ff || block != 0x1ff) {
return -1;
}
}
return 0;
}
private static void analyse(int[][] data) {
boolean changed = false;
changed = reduce(data);
//TODO 还可以加入其它删减候选数算法，将这变成一个解题演算器
if (changed) {
analyse(data);
}
}
/**
* 根据行列宫已有值进行简单的候选数删减
* @param data
* @return
*/
private static boolean reduce(int[][] data) {
boolean changed = false;
for (int m = 0; m < 9; m++) {
for (int n = 0; n < 9; n++) {
if (Integer.bitCount(data[m][n]) != 1) {
if (setMaybe(data, m, n)) {
changed = true;
}
}
}
}
return changed;
}
/**
* 设置m行n列位置的可能值
*
* @param m
* 行（0-8）
* @param n
* 列（0-8）
* @return 是否减少了候选数
*/
private static boolean setMaybe(int[][] data, int m, int n) {
if (Integer.bitCount(data[m][n]) == 1) {
return false;
}
int row = 0;// 行已确定值集合
int col = 0;// 列已确定值集合
int block = 0; // 宫格已确定值集合
for (int i = 0; i < 9; i++) {
if (Integer.bitCount(data[m][i]) == 1) {
row += data[m][i];
}
if (Integer.bitCount(data[i][n]) == 1) {
col += data[i][n];
}
}
for (int i = m / 3 * 3; i < m / 3 * 3 + 3; i++) {
for (int j = n / 3 * 3; j < n / 3 * 3 + 3; j++) {
if (Integer.bitCount(data[i][j]) == 1) {
block += data[i][j];
}
}
}
int have = row | col | block;// 不可能的值
int left = 0x1ff ^ have;// 候选数
// System.out.println("["+m+","+n+"]"+Integer.toBinaryString(left));
return tryReduce(data, m, n, left);
}
/**
* 新的候选数与老的候选数比较，尝试减少候选数
*
* @param data
* @param m
* 行（0-8）
* @param n
* 列（0-8）
* @param v
* 候选数，如0x1F9(二进制1 1111 1001)表示候选数为1 4 5 6 7 8 9
* @return 是否改变了m行n列的候选数,
* true 减少了候选数
* false 没有减少
*/
private static boolean tryReduce(int[][] data, int m, int n, int v) {
int old = data[m][n];
data[m][n] = old & v;
return data[m][n] != old;
}
/**
* 初始化数据
*
* @param source
* 空格分开的81个数字 0 表示待填
* @return
*/
private static int[][] init(String source) {
source = source.replace(" ", "");
int[][] data = new int[9][9];
for (int i = 0; i < source.length(); i++) {
//应该用source.charAt(i) - '0'
int v = Integer.parseInt(source.charAt(i) + "");
if (v != 0) {
data[i / 9][i % 9] = 1 << (v - 1);
}
}
return data;
}
/**
* 打印数独
*
* @param data
*/
private static void print(int[][] data) {
for (int m = 0; m < 9; m++) {
for (int n = 0; n < 9; n++) {
int v = getV9(data[m][n]);
if (v != -1) {
System.out.print(v + " ");
} else {
System.out.print("_ ");
}
}
System.out.println();
}
}
/**
* 将使用1的位移表示的数字转换为整数;
*
* @param v
* 用1的位移表示的数值
* @return
*/
public static int getV9(int v) {
// 使用switch与使用Math.log时间效率差不多
switch (v) {
case 1:
return 1;
case 2:
return 2;
case 4:
return 3;
case 8:
return 4;
case 16:
return 5;
case 32:
return 6;
case 64:
return 7;
case 128:
return 8;
case 256:
return 9;
default:
break;
}
return -1;
}
}