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【DFS】數獨遊戲

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DFS(深度優先搜索):

  深度優先搜索算法(英語:Depth-First-Search,簡稱DFS)是一種用於遍歷或搜索樹或圖的算法。 沿著樹的深度遍歷樹的節點,盡可能深的搜索樹的分支。當節點v的所在邊都己被探尋過或者在搜尋時結點不滿足條件,搜索將回溯到發現節點v的那條邊的起始節點。整個進程反復進行直到所有節點都被訪問為止。屬於盲目搜索,最糟糕的情況算法時間復雜度為O(!n)。(一條路走到黑,直到走不下去才往回走)

  基本模板:

int check(參數)
{
    if(滿足條件)
        return 1;
    return 0;
}

void dfs(int
step) { 判斷邊界 { 相應操作 } 嘗試每一種可能 { 滿足check條件 標記 繼續下一步dfs(step+1) 恢復初始狀態(回溯的時候要用到) } }

題目:

  數獨遊戲:你一定聽說過“數獨”遊戲。如下圖所示,玩家需要根據9×9盤面上的已知數字,推理出所有剩余空格的數字,並滿足每一行、每一列、每一個同色九宮內的數字均含1-9,不重復。數獨的答案都是唯一的,所以,多個解也稱為無解。本圖的數字據說是芬蘭數學家花了3個月的時間設計出來的較難的題目。但對會使用計算機編程的你來說,恐怕易如反掌了。本題的要求就是輸入數獨題目,程序輸出數獨的唯一解。我們保證所有已知數據的格式都是合法的,並且題目有唯一的解。格式要求,輸入9行,每行9個數字,0代表未知,其它數字為已知。輸出9行,每行9個數字表示數獨的解。

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  輸入:

005300000
800000020
070010500
400005300
010070006
003200080
060500009
004000030
000009700

  程序應該輸出:

145327698
839654127
672918543
496185372
218473956
753296481
367542819
984761235
521839764

  再例如,輸入:

800000000
003600000
070090200
050007000
000045700
000100030
001000068
008500010
090000400

  程序應該輸出:

812753649
943682175
675491283
154237896
369845721
287169534
521974368
438526917
796318452

  代碼:

import java.util.Scanner;

public class 數獨 {

    public static void main(String[] args) {
        // System.out.println((char)(‘0‘+1));
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        char[][] table = new char[9][];
        for (int i = 0; i < 9; i++) {
            table[i] = sc.nextLine().toCharArray();
        }
        long now = System.currentTimeMillis();
        dfs(table, 0, 0);
        System.out.println("====================");
        System.out.println("耗時:"+(System.currentTimeMillis()-now)+"ms");
    }

    private static void dfs(char[][] table, int x, int y) {
        if (x == 9) {
            print(table);
            return ;
//            System.exit(0);
        }
        if (table[x][y] == ‘0‘) {// 虛位以待 選1-9之間合法的數字填到x,y這個位置
            for (int k = 1; k < 10; k++) {
                if (check(table, x, y, k)) {
                    // f = false;
                    table[x][y] = (char) (‘0‘ + k);
                    dfs(table, x + (y + 1) / 9, (y + 1) % 9);// 處理下一個狀態
                }
            }
            table[x][y] = ‘0‘;// 回溯

        } else { // 繼續找下一個需要處理的位置
            dfs(table, x + (y + 1) / 9, (y + 1) % 9);// 處理下一個狀態
        }

    }

    private static void print(char[][] table) {
        for (int i = 0; i < 9; i++) {
            System.out.println(new String(table[i]));
        }
    }

    private static boolean check(char[][] table, int i, int j, int k) {
        // 檢查同行和同列
        for (int l = 0; l < 9; l++) {
            if (table[i][l] == (char) (‘0‘ + k))
                return false;
            if (table[l][j] == (char) (‘0‘ + k))
                return false;
        }
        // 檢查小九宮格
        for (int l = (i / 3) * 3; l < (i / 3 + 1) * 3; l++) {
            for (int m = (j / 3) * 3; m < (j / 3 + 1) * 3; m++) {
                if (table[l][m] == (char) (‘0‘ + k))
                    return false;
            }
        }
        return true;
    }

}

  結果:

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   總結一下,用遞歸法來實現DFS,比較好理解,就一直往下找,直到走不通後在回來嘗試其它的地方。一個DFS一般要判斷邊界,check來判斷是否符合相應條件,數組之類的來記錄是否已經被用過,遞歸進行下一步操作。有的時候我們要將標記過的點恢復原來的狀態,有時候則不必要恢復(油田問題),要結合具體的問題來分析。

  恢復標記相當於回溯的思想。 回溯法(探索與回溯法)是一種選優搜索法,又稱為試探法,按選優條件向前搜索,以達到目標。但當探索到某一步時,發現原先選擇並不優或達不到目標,就退回一步重新選擇,這種走不通就退回再走的技術為回溯法,而滿足回溯條件的某個狀態的點稱為“回溯點”。

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