• 【DFS】数独游戏


    DFS(深度优先搜索):

      深度优先搜索算法(英语:Depth-First-Search,简称DFS)是一种用于遍历或搜索树或图的算法。 沿着树的深度遍历树的节点,尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所在边都己被探寻过或者在搜寻时结点不满足条件,搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。属于盲目搜索,最糟糕的情况算法时间复杂度为O(!n)。(一条路走到黑,直到走不下去才往回走)

      基本模板:

    int check(参数)
    {
        if(满足条件)
            return 1;
        return 0;
    }
    
    void dfs(int step)
    {
            判断边界
            {
                相应操作
            }
            尝试每一种可能
            {
                   满足check条件
                   标记
                   继续下一步dfs(step+1)
                   恢复初始状态(回溯的时候要用到)
            }
    }   

    题目:

      数独游戏:你一定听说过“数独”游戏。如下图所示,玩家需要根据9×9盘面上的已知数字,推理出所有剩余空格的数字,并满足每一行、每一列、每一个同色九宫内的数字均含1-9,不重复。数独的答案都是唯一的,所以,多个解也称为无解。本图的数字据说是芬兰数学家花了3个月的时间设计出来的较难的题目。但对会使用计算机编程的你来说,恐怕易如反掌了。本题的要求就是输入数独题目,程序输出数独的唯一解。我们保证所有已知数据的格式都是合法的,并且题目有唯一的解。格式要求,输入9行,每行9个数字,0代表未知,其它数字为已知。输出9行,每行9个数字表示数独的解。

      

      输入:

    005300000
    800000020
    070010500
    400005300
    010070006
    003200080
    060500009
    004000030
    000009700

      程序应该输出:

    145327698
    839654127
    672918543
    496185372
    218473956
    753296481
    367542819
    984761235
    521839764

      再例如,输入:

    800000000
    003600000
    070090200
    050007000
    000045700
    000100030
    001000068
    008500010
    090000400

      程序应该输出:

    812753649
    943682175
    675491283
    154237896
    369845721
    287169534
    521974368
    438526917
    796318452

      代码:

    import java.util.Scanner;
    
    public class 数独 {
    
        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("耗时:"+(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') {// 虚位以待 选1-9之间合法的数字填到x,y这个位置
                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);// 处理下一个状态
                    }
                }
                table[x][y] = '0';// 回溯
    
            } else { // 继续找下一个需要处理的位置
                dfs(table, x + (y + 1) / 9, (y + 1) % 9);// 处理下一个状态
            }
    
        }
    
        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) {
            // 检查同行和同列
            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;
            }
            // 检查小九宫格
            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;
        }
    
    }

      结果:

        

        

       总结一下,用递归法来实现DFS,比较好理解,就一直往下找,直到走不通后在回来尝试其它的地方。一个DFS一般要判断边界,check来判断是否符合相应条件,数组之类的来记录是否已经被用过,递归进行下一步操作。有的时候我们要将标记过的点恢复原来的状态,有时候则不必要恢复(油田问题),要结合具体的问题来分析。

      恢复标记相当于回溯的思想。 回溯法(探索与回溯法)是一种选优搜索法,又称为试探法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的技术为回溯法,而满足回溯条件的某个状态的点称为“回溯点”。

     

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