C语言学习 数独游戏

摘要：花了1周多时间学习了C语言，开始练手写解数独游戏的程序。

C语言学习 数独游戏

作者：乌龙哈里
时间：2015-11-22
平台：Window7 64bit,TCC 0.9.26(x86-64 Win64)

参考：

• 互动百科 数独

章节：

正文：

    原来也用C#和Go语言写过，主要思路是暴力撞大运破解。思路什么的在程序了都注释了，不多说了。可能是没用什么先进的算法，感觉C解题速度和C#差不多（除了C#第一次运行之外），基本上出来一个数独表都不用1秒。

附完整程序：

/***************************************************
*数独表
*作者：乌龙哈里  
*编写时间：2015-11-21
*修改时间：2015-11-22
*思路：
1、每个表元素结构属性有：
   值Value，回溯标志IsBack，可选值数量Remain,可选值数组Selection[9];
2、根据规则，把数独表看成27个，每个含有9个元素的行列块组；
   为了循环方便，分成：0-8:行组，9-17：列组，18-26：块组；
3、找出最少要填空格的行列块组,开始填写。填完这个再找下个最少的；
4、填写时先从行列块组中挑出剩下可填写的数字，从中随机找个值；
5、没有可选的时候，开始从回溯表中回到上一步，
   回溯时如果可选值数量大于1时，则抛弃先前所填值，用另外的
   值来尝试。
****************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/*
*把表看成27组，每组9个元素，
*    0-8:行组，9-17：列组，18-26：块组
    行内序号：从左到右 012345678
    列内序号：从上到下 012345678
    块内序号：012
              345
              678
*GetRcb():根据index计算出行列块
*参数：index: 序号 0-81,flag:0-2,0-行,1-列，2-块
*
*GetNum():根据行列块组rcb和块内序号index计算出在数独表中的序号
*/
int GetRcb(int index,int flag){
    int result=-1;
    switch(flag){
        case 0:
            result=index / 9;
            break;
        case 1:
            result=index % 9+9;
            break;
        case 2:
            result=index/9/3*3+index%9/3+18;
            break;
    }
    return result;
}

int GetNum(int rcb,int index){
    int result=-1;
    int flag=rcb/9;
    switch(flag){
        case 0:
            result=rcb*9+index;
            break;
        case 1:
            result=rcb-9+index*9;
            break;
        case 2:
            result=(rcb-18)/3*27+(rcb-18)%3*3+index/3*9+index%3;
            break;
    }
    return result;
}

//定义：数独表、表内元素结构、回溯表,回溯只记录30步
typedef signed char byte;
typedef char bool;

#define true 1
#define false 0

byte SudokuTable[81]={0};

#define STEP 30
int RecallTable[STEP]={-1};

typedef struct element{
    byte Value;
    bool IsBack;
    byte Remain;
    byte Selection[9];
}Sudoku;

Sudoku *sdk;

/*
初始化数独元素:
*/
void InitSudoku(void){
    sdk=(Sudoku*)malloc(81*sizeof(Sudoku));
    for(int i=0;i<81;i++){
        sdk[i].Value=SudokuTable[i];
        sdk[i].IsBack=false;
        sdk[i].Remain=9;
    }
}

//查找最少空的行列块,用意：从这个开始填空
int GetFirstRcb(void){
    int result=0;
    int lessNum=9;
    int n;
    for(int i=0;i<27;i++){
        n=9;
        for (int j=0;j<9;j++){
            if(sdk[GetNum(i,j)].Value>0){
                n--;
            }
        }
        if(n>0 && n<lessNum){
            result=i;
            lessNum=n;
        }
    }
    return result;
}

//整理可选值数组，把0值丢后面，可选值放前面，返回可选数
byte Arrange(int index){
    byte result=0;
    for(int i=0;i<9;i++){
        if(sdk[index].Selection[i]>0){
            sdk[index].Selection[result]=sdk[index].Selection[i];
            if(i!=result){sdk[index].Selection[i]=0;}
            result++;
        }
    }
    return result;
}
/*
*设置可填写数字数组：
遍历元素所属的行列块中元素，在Selection数组中把用过的值设成0；
*/
void SetSelection(int index){
    for(int i=0;i<9;i++){sdk[index].Selection[i]=i+1;}
    int rcb;
    int n;
    for(int i=0;i<3;i++){
        rcb=GetRcb(index,i);
        for(int j=0;j<9;j++){
            n=GetNum(rcb,j);
            if(sdk[n].Value>0){
                sdk[index].Selection[sdk[n].Value-1]=0;
            }
        }
    }
    sdk[index].Remain=Arrange(index);
}

//随机选出可填写值
byte GetValue(int index){
    byte result=0;
    srand((unsigned int)time(0));
    int n=rand()%sdk[index].Remain;
    result=sdk[index].Selection[n];
    sdk[index].Selection[n]=0;
    sdk[index].Remain=Arrange(index);
    return result;
}

/*
回溯，如果回溯表内没有记录，返回-1
如果可选值数量大于0的，则把回溯标记设成true
*/
int Recall(void){
    int index;
    for(int i=0;i<STEP;i++){
        if(RecallTable[i]>-1){
            index=RecallTable[i];
            sdk[index].Value=0;
            RecallTable[i]=-1;
            if(sdk[index].Remain==0){
                sdk[index].IsBack=false;
            }
            else{
                sdk[index].IsBack=true;
                return index;
            }
        }
    }
    return -1;
}
/*
填写回溯表
从后往前填写，满了就移动
*/
void WriteRecallTable(int index){
    if(RecallTable[0]>-1){
        for(int i=STEP-1;i>0;i--){
            RecallTable[i]=RecallTable[i-1];
        }
        RecallTable[0]=index;
    }
    else{
        for(int i=0;i<STEP;i++){
            if(RecallTable[i]>-1){
                RecallTable[i-1]=index;
                break;
            }
        }
    }
}
/*
根据行列块分组来填写元素。
如果是回溯回来的，则抛弃掉现有的值，即不SetSelection()，
因为GetValue()选出值后会把所填写的值从可选值数组中除去，
而SetSelection()是根据所有行列块组的元素值选出剩下的可填值，
包括了上次行不通的值。
*/
bool WriteRcb(int rcb){
    int index;
    for(int i=0;i<9;i++){
        index=GetNum(rcb,i);
        if(sdk[index].Value==0){
            if(sdk[index].IsBack==false){
                SetSelection(index);
            }
            if (sdk[index].Remain==0){
                return false;
            }
            sdk[index].Value=GetValue(index);
            sdk[index].IsBack=true;    
            WriteRecallTable(index);
        }
    }
    return true;
}
//判断填完没有
bool Completed(void){
    for(int i=80;i>-1;i--){
        if(sdk[i].Value==0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}
//填写全表
void FillTable(void){
    int loop=1000;
    int firstRcb=GetFirstRcb();

    while(loop>0 && Completed()==false){
        if(WriteRcb(firstRcb)==false){
            if(Recall()==-1){
                printf("Unlucky,cannot solve!
");
                break;
            }
        }
        firstRcb=GetFirstRcb();
        loop--;
    }
}

/*************************************
*各种输出显示模块
**************************************/
// //按行列块分组显示元素序号
// void DisplayRcb(void){
//     for (int i = 0; i <27;i++){
//         if(i%9==0){printf("
");}
//         printf("%2d: ", i%9);
//         for (int j = 0; j <9; j++){
//             printf("%2d ",GetNum(i,j));
//         }
//         printf("
");
//     }
// }
//显示所有数独表元素
void Display(void){
    for(int i=0;i<9;i++){
        if(i==3 || i==6){
            printf("------+------+------
");
        }
        for(int j=0;j<9;j++){
            if(j==3 || j==6){ printf("|");}
            printf("%2d",sdk[i*9+j].Value);
        }
        printf("
");
    }
}
// //显示元素可选数字
// void DisplayRemain(int index){
//     printf("element %d remain %d selecttion: ",index,sdk[index].Remain);
//     for(int i=0;i<9;i++){
//         printf("%d ",sdk[index].Selection[i]);
//     }
//     printf("
");
// }

/********************************
*Main
*********************************/
int main(void){
    InitSudoku();
    FillTable();
    Display();
    free(sdk);
    return 0;
}