个人项目之数独的生成与数独残局求解——C语言实现

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1、对项目的分析与初步计划：

• 起初拿到这个项目是非常懵逼的，因为涉及到很多个人的知识盲区，诸如：C语言文件的操作、命令行参数、Code Quality Analysis工具、性能分析工具Studio Profiling Tools、GitHub……。可以说在这之前根本就没有接触过这些东西。
• 虽然什么都不会，但不能什么都不做，于是我制定了以下计划：
• 什么都不管，先写好代码再说。
• 翻开《C 程序设计（第四版） 谭浩强》学习C文件的基本操作。
• 百度了解命令行参数。
• 其他的太缥缈了，走一步看一步啦。

2、具体实现过程：

• 根据项目要求，我把代码分成“生成数独终局”和“求解数独残局”两部分。

Creat_ShuDu(argv[]);//生成数独终局 

Solve_shuDu(argv[]);//求解数独残局 

• 生成数独终局：
  • 对于这一部分，我先生成了一个叫“First line.txt”的文本文件。这个文件用来存储所有可能的数独第一排数据，当需要生成数独终局时，就从这个文件里挑一组数据出来完成数独第一行。（写完这句话我才发现我这不是多此一举吗?!根本没必要啊！）
  • 如何生成一个完成的数独终局，这是一个问题。百度上给了多种方法，考虑到自己的能力，最终选择了暴力回溯法。
    • 对于数独中的每一个小格，它只能填写1~9这9个数字，并且每两个小格间都存在着一定的联系，这给我们的回溯提供了依据。
    • 项目要求生成足够的数独数目。一次性生成多个数独，我可以先写只生成一个数独终局的代码。
    • 从某一小格的某一种可能出发, 搜索从这种情况出发所能达到的所有可能, 当这一条路走到” 尽头 “或者这条路失败的时候, 再倒回到上一步, 从另一个可能出发, 继续搜索. 直到得到足够的终局。
• 求解数独残局：
• 其实写完了“生成数独终局”，再写求解部分是非常简单的，因为他们的主要算法都是回溯。唯一的不同就是求解的时候，有些位置已经有了确定的数字。

3、关键代码说明：

　　在整个项目代码中最重要的代码当属judge(int i, int j)函数。

int judge(int i, int j)  //搜索第（ i , j ）位置处可以存储的数字,找到解则返回1，否则返回0
{
     || j > ) ;//搜索结束
    ; k <= ; k++)
    {
        ;                // can 变量用于记录数字k能否放在 ( i , j ) 处
        ; m < i; m++) // 检查同一列是否出现过数字k
        {
            if (shuDu[m][j] == k)  //该列出现过数字k
            {
                can = ;
                break;
            }
        }
        )
        {
            ; n < j; n++) // 检查同一行是否出现过数字k
            {
                if (shuDu[i][n] == k)  //该行出现过数字k
                {
                    can = ;
                    break;
                }
            }
        }
        )                     // 检查在3×3的小方格中是否出现了同一个数字
        {
            ) *  + ; // (i,j)方格所在的3×3小方格i坐标的上限
            ) *  + ;  // (i,j)方格所在的3×3小方格在j坐标的上限

             == ) up1 = i;   //这是针对特殊情况的处理
             == ) up2 = j;

            ; p <= up1; p++)  /* 检查在3×3的小方格中是否出现了同一个数字 */
            {
                ; q <= up2; q++)
                {
                    if (shuDu[p][q] == k)
                    {
                        can = ;
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        ) //can==1说明数字k可以放在该位置上
        {
            shuDu[i][j] = k;
            )
            {
                ) == ) ;  /* 到同一行的下一位置开始搜索 */
            }
            else
            {
                )
                {
                    , ) == ) ;   /* 到下一行的第一个空格开始搜索 */
                }
                else
                {
                    num++;
                    if (num<numbers)
                    {
                        Print_shuDu(num);
                    }
                    else
                    {
                        Print_shuDu(num);
                        ;   /* i >= 9  && j >= 9  , 搜索结束 */
                    }
                }
            }
            shuDu[i][j] = ;  /* 关键这一步：找不到解就要回复原状，否则会对下面的搜索造成影响 */
        }
        else continue;//继续尝试其他数字
    }
    ;  /*  1到9都尝试过都不行，则返回递归的上一步 */
}

　　　　这段代码使用的是典型的回溯法。弄懂了这个函数，再写求解数独残局的函数就变的相当简单了。

4、代码优化：

• 因为我使用的是暴力回溯法，所以能够优化的地方确实不多。我主要优化的是“数独输出函数”。　

void Print_shuDu(int n) //数独输出函数 

• • 起初我通过 fprintf() 函数将数据输出到文件，测试时输出1000000个数独终局需要近2分钟的时间。
  • 后来我将这个函数改成 fputc()的输出方式，运行速度大大加快，对于1000000个数独只需 30左右，缩短了近四分之三的时间。
  • 对此，我特意百度了一下原因。感兴趣的伙伴可以看看。https://blog.csdn.net/slimfox/article/details/1092709

5、后期各种测试：

• 性能分析如下：
  • 　　
  • 
• CPU使用率如下：
  • 　　

6、项目收获：

• 最大的收获当然是第一次基本独立完成了一个项目，虽然项目很小，做出来的东西很辣鸡。

• 将该文一开始提到的各种知识盲区大致熟悉了一遍，为以后的学习提供了方便。
• get到了一些小东西：
  • fputc()比fprintf()快
  • 在VS中scanf要写成scanf_s,为了更安全
  • 在VS中输入一个字符串应写成  scanf_s("%s",s1,sizeof(s1));
  • 在VS中打开一个文件应这样写  fopen_s(&fp, "sudoku.txt", "w");

附：PSP2.1表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	60	120
.Estimate	估计这个任务需要多少时间	2000	1500
Development	开发	200	300
.Analysis	需求分析（包括学习新技术）	30	60
.Design Spec	生成设计文档	60	40
.Design Review	设计复审（和同事审核设计文档）	60	30
.Coding Standard	代码规范（为目前的开发指定合适的规范）	120	100
.Design	具体设计	60	60
.Coding	具体编码	200	300
.00Coed Review	代码复审	30	60
.Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	180
Reporting	报告	60	120
.Test Report	测试报告	30	60
.Size Measurement	计算工作量	30	40
.Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结，并提出过程改进计划	30	30
	合计	3030	3000