【DFS】數獨遊戲
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(intstep) { 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。
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:
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”。
【DFS】數獨遊戲