软件工程第二次作业

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1.解题思路

• 胡思乱想
  • 大致思路有两条，一个是先生成数独终盘，再矩阵转换，(感觉会比较有限，不考虑)，二个是随机填数，可以按照数字填(将1填完，再填2这样)，按行/列填，按九宫格填
• 难度瓶颈
  • 考虑随机填数的思路，难点就是填数要随机，但是同行，同列，同格都有限制，自由又很不自由，一开始打算按照数字填，因为觉得数独，1只跟1有冲突，与其他数字，不在一个位置就好了。但是这样满盘随机放数字，就不知道怎么代码实现。
• 最终选择
  • 网上看了随机的思路，最后选择按行填数，这里参考silenpy的数独终盘生成算法(java)很暴力，但是很容易实现。相同点：第一行数字无限制，1-9随机放，第二行到第九行，一个一个数字填，每次用SET存1-9，然后将同行，同列，同格数字踢出去，(可能将1-9全部踢出去了)剩余数字随机选择。这样保证当前填数正确。不同点：对无数可选情况的处理，我考虑整行重新填数，但是存在整行数字无论怎么填，都不可能正确的情况。解决方法：设置一个整行重新生成的最大限值，超过此值，整个数独重新生成。
• 改进版本
  • 最后测试的时候，发现上个思路先判断再放数字太慢，SET会重复插入，删除，而且随机选数必须迭代。改进是先放数字，再判断是否正确，这里参考Swing数独游戏(二)：终盘生成之随机法,PS：已经确定一位同学吐槽这个算法，一位同学貌似是吐槽这个算法，但是算法是真的，思路与算法有出入，我也被坑了。

2.设计实现

只是生成数独终盘，不考虑附加作业，就没有考虑类，只是函数。

• 版本一：
  getShudu首行调用getfirst,剩余72个空格调用getone,最后调用print输出
  

• 版本二：
  getshudu首行调用creatArray，首行数字直接等于随机生成的数组数字,第二行到第九行，依旧调用creatArray，但是不可直接填入，checkbtnArray用于判断随机生成一组数字是否可用，for循环从0到8，当前行一个一个填数，checkone判断当前位置能否从数组中取得合法数字，如果有一个位置无法取得合法数字，则此随机数组不可用。需要再次随机生成，最后调用print打印。
  

3.代码说明

• 版本一：

  • 对首个数字处理，只需要在getfirst先将7从集合移除，放入第一个数字置，剩余数字再随机

  Array[0][0] = 7;
  basic.erase(7);//basic为集合名称
  

  • getone踢出同行/列/格数字后，如果集合中仍有数字，随机选择一个，如果没有数字，看当前getone调用次数times是否超过最大限制，如果没有，此行重新生成，如果超过，不做处理,getshudu会进行处理

  if (basic.size() == 0) {//无数可选
  	
  		if(times <= MAX_Time){
  			if(col/3==0){
  				for(int k=0;k<3;k++){
  					name[0].insert(Array[col][k]);
  				}
  			}
  			for (int k = 0; k <= row; k++) {
  				getone(col, k);//此行重新生成
  			}
  		}
  	}else {
  		int num = rand() % basic.size();
  		set<int>::iterator it;//定义前向迭代器?
  		int j;
  
  		for (it = basic.begin(), j = 0; it != basic.end(); it++, j++) {
  			if (j == num) {
  				Array[col][row] = *it;
  				//basic.erase(Array[0][i]);
  				break;
  			}
  		}
  
  	}
  

• 版本二：

  • 随机生成数组，对首个数字的处理，数组btnArray，初始化放入1-9，将1与7交换，然后循环产生随机数字(1-8)，将该位置数字与btnArray[1]交换，得到一组随机数字

  void creatArray() {
      times++;
      for (int i = 0; i<9; i++) {
          btnArray[i] = i + 1;
      }
      btnArray[0] = 7;
      btnArray[6] = 1;
      for (int i = 0; i<20; i++) {
          int t = rand() % 8 + 1;
          int temp = btnArray[1];
          btnArray[1] = btnArray[t];
          btnArray[t] = temp;
      }
  }
  

  • checkbtnArray

   bool checkbtnArray(int row){
  	int judge;
  	for(int i = 0 ;i < 9;i++){
  		judge = 0;
  		for(int j = 0;j < 9;j++){
  			Array[row][i]= btnArray[j];
  			if(checkone(row,i)){//如果数字合适，填入，换下个位置
  				judge = 1;
  				break;
  			}
  		}
          //数组数字选遍，仍无合适数字，则此数组不可用
  		if(judge == 0){
  			for(int k = 0;k<=i;k++){
  				Array[row][k]=0;
  			}
  		    return false;
  	    }
  					
      } 
      return true;
  }
  

4.测试运行

• 命令行输入：
  

• 生成文件部分截图
  

5.效能分析以及改进

仅针对版本二，版本一无力回天了。

• 第一次改进：100万当时运行了15分钟，发现约50%时间耗费在输出上，(忘记截图，后续补上)原本输出函数

char* path = "./sudoku.txt";	// 创建文件的相对路径
ofstream fout(path);
void print(){
	for (int i = 0; i < 9; i++) {
		for (int j = 0; j < 9; j++) {
			fout << Array[i][j] << " ";
		}
		fout << endl;
	}
	fout << endl;
}

看了大佬代码，用的putchar，果断换，也用printf试过，后者慢一些

freopen("./sudoku.txt", "w", stdout); 
void print() {
	for (int i = 0; i < 9; i++) {
		for (int j = 0; j < 9; j++) {
			char num = '0'+Array[i][j];
			putchar(num);putchar(' '); 
		}
		puts("");
	}
	puts("");
}

运行截图,100万数据：七分多钟

printf函数所占比例：

• 第二次改进，一次运行后，print函数消耗时间大大减少，但是checkone，与checkbtnArray函数比重增大。
  查看代码发现：数组里面的数字如果合适，会被填入，但是下次依旧会再次被检验。

for(int j = 0;j < 9;j++){
	Array[col][i]= btnArray[j];
	if(checkone(col,i)){
		judge = 1;
		break;
	}
}

将已经正确填入的数字置0，加以判断

for (int j = 0; j < 9; j++) {
	if(btnArray[j]!=0){
		Array[col][i] = btnArray[j];
		if (checkone(col, i)) {
			judge = 1;
			btnArray[j] = 0;//表示已经使用过 
			break;
		}
	} 	
}

这样也保证同行不会有重复，checkone注释掉同行检查

/*
	//同行不可重复 
	for (int i = 0; i < row; i++) {
		if (Array[col][row] == Array[col][i])return false;
	}
	*/

	//同格不可重复 
	for (int i = (col / 3) * 3; i < col; i++) {
		for (int j = (row / 3) * 3; j < (row / 3) * 3 + 3; j++) {
			if (Array[col][row] == Array[i][j])return false;
		}
	}

	//同列不可重复 
	for (int i = 0; i < (col / 3) * 3; i++) {
		if (Array[col][row] == Array[i][row])return false;
	}

运行截图，100万数据,跑了六分多，快了一分多，checkone与checkbtnArray占比有所下降，但是依旧很大，其中消耗最大的函数是checkone

• 意外发现，本来构建之法上面写了，使用效能分析工具确保编译的程序是Release版本，但是当时不知道release是什么，后面发现Debug可以切换成Release，又跑了一次100万，三分多，不去想大佬程序耗时，就知足了。

6.PSP

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	20
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	10	20
Development	开发	630	960
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	150	200
· Design Spec	· 生成设计文档	10	0
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	30	10
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	20	10
· Design	· 具体设计	120	120
· Coding	· 具体编码	180	240
· Code Review	· 代码复审	60	300
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	80
Reporting	报告	40	70
· Test Report	· 测试报告	20	60
· Size Measurement	· 计算工作量	20	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结,并提出过程改进计划	120	180
合计		680	1050