写在前面今天来点干货,结合深度优先搜索算法,对数独进行求解。以下代码纯属手工编写,每个步骤都附加详细说明。 python版本: 3.6.0 编辑器: pycharm 第一步:导入相关的python包# encoding:utf-8import copy copy: 主要用于数组(矩阵)的深拷贝,有深拷贝就有浅拷贝。可以这么理解,深拷贝就是新开辟一个内存,修改原数据,拷贝后的数据不会被影响。而浅拷贝只是给数组取了个别名,实际上是同一个内容的数据,修改原数据,拷贝后的数据会跟着修改。 如果不特别声明,数组的拷贝一般是浅拷贝,例如函数传参。后面递归的参数数组,用的是浅拷贝,所以同一个数组共用一块内存。 第二步:判断矩阵是否填满
这里作了个前提,如果矩阵中数值为0,说明该位置还未填入数字。 第三步:数独的规则'''判断当前位置能否填指定数字'''def can_fit(in_sd_matrix, row_index:int, col_index:int, num): # 判断当前行是否出现重复的非零数字 for k in range(len(in_sd_matrix[row_index])): if k != col_index and in_sd_matrix[row_index][k] == num: return False # 判断当前列是否出现重复的非零数字 for k in range(len(in_sd_matrix)): if k != row_index and in_sd_matrix[k][col_index] == num: return False # 判断当前矩阵是否出现重复的非零数字 cube_i, cube_j = int(row_index / 3), int(col_index / 3) for k in range(cube_i * 3, (cube_i + 1) * 3): for p in range(cube_j * 3, (cube_j + 1) * 3): if k != row_index and p != col_index and in_sd_matrix[k][p] == num: return False return Tru 利用了数独的规则,每个数字满足三个条件: 1. 该数字所在的当前行不会重复, 2. 该数字所在的当前列不会重复, 3. 该数字所在的小九宫格数字不会重复。 第四步:递归-深度优先搜索
depth_fit_num() 递归填数字,参数 in_sd_matrix 是一个数组(浅拷贝),也就是说,每一次递归,都是在原数组上进行操作。这是一个非常典型的递归的函数。我们假设输入的数独一定存在一个或多个解。该递归满足五个步骤: 1. 递归结束条件。在开头is_full()函数,一旦数组填满,就结束递归; 2. 递归主体1,双重for循环对9X9宫格进行遍历,对每个空格进行1~9的数字填入 3. 递归主体2,depth_fit_num(), 对矩阵进行深度优先搜索 4. 递归主体3,回溯,如果发现当层递归中,该空格1~9都不能填入,说明上层递归尝试的的数字不对,则当前位置数字回溯重置为0,并 return False 结束当层递归; 5. 递归结束条件,当前层递归循环体全部完成,return True, 结束当层递归。
换一种方式说,就是该递归函数,在这个9X9的宫格中,不断去尝试每个位置1~9数字的逐个逐个填入,并判断是否满足数独要求。一旦发现某个位置不满足,就不会继续尝试下去,而是倒回前一个位置尝试其他数字。如此反复。 第五步:规则打印'''打印矩阵'''def print_sd(in_sd_matrix, out_sd_matrix, question_type, answer_type): ''' 打印矩阵 :param in_sd_matrix: 输入矩阵 :param out_sd_matrix: 输出矩阵 :param question_type: 问题颜色 :param answer_type: 答案颜色 :return: ''' head_line = ('+' + '+=====' * 3) * 3 + '++' mid_line = ('+' + '+-----' * 3) * 3 + '++' for i in range(len(in_sd_matrix)): new_line = '' for j in range(len(in_sd_matrix[i])): if j == 0: new_line += '||' if in_sd_matrix[i][j] != 0: new_line += ' %s ' % (question_type % str(in_sd_matrix[i][j])) else: new_line += ' %s ' % (answer_type % (str(out_sd_matrix[i][j]) if out_sd_matrix[i][j] != 0 else ' ')) if (j + 1) % 3 != 0: new_line += '|' elif (j + 1) % 3 == 0: new_line += '||' if i == 0: print(head_line) print(new_line) if (i + 1) % 3 != 0: print(mid_line) elif (i + 1) % 3 == 0: print(head_line) 设计好了基础算法,还需要设计输出展示“UI”。这里只是对输出的矩阵进行美化,使得更加可观。同时区分数独题目,和数独求解后的答案。题目是红色标注,填的答案用绿色标注。 第六步:主函数
主函数,对输入的矩阵进行深拷贝(主要用于对比题目和答案)。调用之前写好的数独求解的算法。 输入输出: 最后,给一点点学习建议,不懂的时候,先弄明白它的功能以及会使用它,让代码先运行起来。等有时间就一个一个细节去攻破它,编程和写文章一样,需要慢慢积累,加油。 |
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