编程之美之数独求解器的C++实现方法

编程之美的第一章的第15节，讲的是构造数独，一开始拿到这个问题的确没有思路，不过看了书中的介绍之后，发现原来这个的求解思路和N皇后问题是一致的，但是不知道为啥，反正一开始确实没有想到这个回溯法，知道是用回溯法求解之后，问题就变得容易了很多。
这里我们不打算实现数独的构造，相反的，我们实现一个数独求解器，以后妈妈再也不用担心我的数独了。

当然求解器的思路和构造数独的思路一样，都是回溯法搜索，这里不再过多说明。

程序运行说明：
1.把待求解的数独数据放到in.txt文件中，程序会自动读取他，并将解输出到屏幕和out.txt文件中。

2.控制台颜色改变使用了SetConsoleTextAttribute函数，具体使用细节可以参考 C/C++改变控制台输出字体的背景和颜色（windows)

3.关于程序运行时间统计，使用getTickCount()或者clock()都是可以的

运行效果如下：

红色表示部分就是求解出来的值了>_<~~

按照惯例下面是源码：

// ================【shudu.h】===========
#pragma once#define N 9
#include <fstream>typedef struct _SearchNode
{int row;int col;int data;
}SearchNode;class CShuDu
{
public:CShuDu();~CShuDu();void CreateSolution();  private:bool isOK(int row, int col);void solve(int searchNode_id);void writeFile(int id);void display(int id);void initShudu();void output(int id);private:int m_shudu[N + 2][N + 1];bool m_find;int m_solution_id;std::fstream outfile;SearchNode m_searchNode[N * N];int m_searchLength;
};

// =====================【shudu.cpp】==================
#include <windows.h>#include "ShuDu.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fstream>
#include <iostream>CShuDu::CShuDu()
{memset(m_shudu, 0, sizeof(m_shudu));m_find = false;m_solution_id = 0;outfile.open("out.txt", std::ios::out);m_searchLength = 0;memset(m_searchNode, 0, sizeof(m_searchNode));
}CShuDu::~CShuDu()
{outfile.close();
}void CShuDu::CreateSolution()
{initShudu();solve(1);
}bool CShuDu::isOK(int row, int col)
{bool isOK = true;// 列方向检测for (int i = 1; i != 10; i++){if (i == row)continue;isOK = (m_shudu[i][col] == m_shudu[row][col]) ? false : true;if (isOK == false)return isOK;}// 行检测for (int i = 1; i != 10; i++){if (i == col)continue;isOK = (m_shudu[row][i] == m_shudu[row][col]) ? false : true;if (isOK == false)return isOK;}// 区域检测int block_start_row = (row - 1) / 3 * 3 + 1;int block_start_col = (col - 1) / 3 * 3 + 1;for (int i = block_start_row; i != block_start_row + 3; i++){for (int j = block_start_col; j != block_start_col + 3; j++){if (i == row && j == col)continue;isOK = (m_shudu[i][j] == m_shudu[row][col]) ? false : true;if (isOK == false)return isOK;}}return isOK;
}void CShuDu::solve(int searchNode_id)
{if (m_find == true)return;if (m_searchLength + 1 == searchNode_id){//m_find = true;m_solution_id++;output(m_solution_id);return;}for (int i = 1; i != 10; i++){int row = m_searchNode[searchNode_id].row;int col = m_searchNode[searchNode_id].col;m_shudu[row][col] = i;if (isOK(row, col)){solve(searchNode_id + 1);row = m_searchNode[searchNode_id + 1].row;col = m_searchNode[searchNode_id + 1].col;m_shudu[row][col] = 0;}           }
}void CShuDu::display(int id)
{std::cout << "===========================第" << id << "组数独数据=============================" << std::endl;system("title 数独求解器 by zhyh2010 version 1.0");int search_id = 1;HANDLE handle = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);for (int i = 1; i != 10; i++){for (int j = 1; j != 10; j++){if (i == m_searchNode[search_id].row&& j == m_searchNode[search_id].col){SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_RED);search_id++;}               elseSetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_RED | FOREGROUND_BLUE | FOREGROUND_GREEN);std::cout << m_shudu[i][j] << " ";}std::cout << std::endl;}std::cout << std::endl;std::cout << std::endl;SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY);
}void CShuDu::writeFile(int id)
{outfile << "===========================第" << id << "组数独数据=============================" << std::endl;for (int i = 1; i != 10; i++){for (int j = 1; j != 10; j++){outfile << m_shudu[i][j] << " ";}outfile << std::endl;}outfile << std::endl;outfile << std::endl;
}void CShuDu::output(int id)
{display(id);writeFile(id);//getchar();
}void CShuDu::initShudu()
{std::ifstream infile("in.txt");for (int i = 1; i != 10; i++){for (int j = 1; j != 10; j++){infile >> m_shudu[i][j];if (m_shudu[i][j] == 0){m_searchLength++;m_searchNode[m_searchLength].row = i;m_searchNode[m_searchLength].col = j;}}}
}

// =====================【数独求解器 main.cpp】==================
// @ author         :           zhyh2010
// @ date           :           20150624
// @ version        :           1.0
// @ description    :           C++
// =====================【数独求解器】==================#include <stdio.h>
#include "ShuDu.h"
#include <time.h>void main()
{//DWORD t_start = GetTickCount();auto t = clock();CShuDu instance;instance.CreateSolution();//DWORD t_end = GetTickCount();printf("程序运行时间为 %d ms\n", 1000*static_cast<float>(clock() - t)/CLOCKS_PER_SEC);
}

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