计算24(随机法)

程序描述：

许多人小的时候可能都玩过计算24的游戏。从一副扑克牌中任意取出4张，根据点数用加、减、乘、除计算出24。花色不计，点数：A、J、Q、K都算1，其它牌算本身的牌点。

用计算机搜索算法的解法有很多。一般是用穷举法罗列每一种情况。本程序打算用一种不同寻常的算法：随机地交换牌的位置，随机地产生运算符，看看是符合要求，大量重复这个过程，看看能否碰上运气。实验表明，当试验次数很大的时候，“运气”的概率是很高的。

请考生参看【原型】的效果，理解程序的目的。先是随机地抽取4张牌，然后用随机试探的方法求解。只要找到一个解就可以了。

需要考虑计算结果为分数的情况：( 3 + (3 / 7) ) * 7

 

/*
*作者：杜红光
*DATA：2012/3/27
*描述：利用随机产生扑克牌，随机组合选出的牌，随机产生三个运算符，随机产
*    生两个括号，来解决24点问题
*/
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<conio.h>
using namespace std;
#define CARDNUMBER 4
#define RANDTIMES 10000    //随机计算次数
char card[13]={'A','2','3','4','5','6','7','8','9',10,'J','Q','K'};
char operators[4]={'+','-','*','/'};
void cardRand(int *a)
{
    for(int i=0;i<CARDNUMBER;i++)
        a[i]=rand()%13;
}

void printCard(int *a)
{
    printf("题目:");
    int i;
    for(i=0;i<CARDNUMBER-1;i++)
    {
        if(a[i]==9 )
            printf("10 ");
        else
            printf("%c ",card[a[i]]);
    }
    if(a[i]==9 )
        printf("10\n");
    else
        printf("%c\n",card[a[i]]);
}

void changeA(int *a,double *theA)
{
    for(int i=0;i<CARDNUMBER;++i)
        (a[i]>0 && a[i]<10)?theA[i]=a[i]+1.0:theA[i]=1.0;
}

void randNumList(int *theRandA)
{
    bool flag[CARDNUMBER];
    memset(flag,0,sizeof(flag));
    for(int i=0;i<CARDNUMBER;++i)
    {
        while(1)
        {
            int n=rand()%4;
             if(!flag[n])
             {
                 flag[n]=true;
                 theRandA[i]=n;
                 break;
             }
        }
    }
    //for(int i=0;i<4;i++) cout<<theRandA[i]<<endl;
    //cout<<endl;
}

void randOperator(int *theRandOperator)
{
    for(int i=0;i<CARDNUMBER-1;++i)
    {
            int n=rand()%4;
            theRandOperator[i]=n;
            //cout<<operators[n]<<"  ";
    }
    //cout<<"     RandOpe"<<endl;
}

double computeIt(double t1,double t2,char ch)
{
    switch(ch)
    {
        case '+':return t1+t2;
        case '-': return t1-t2;
        case '*': return t1*t2;
        case '/':
            if(t2==0) return 10000;
            else return t1/t2;
    }
    return 10000;
}

template<class T>
void removeZero(T *t,int len)
{
    int i;
    for(i=0;i<len;i++)
        if(t[i]==0) break;
    for(int j=i;j<len-1;j++)
        t[j]=t[j+1];
}

double dealM(double *digit,char *operatorRand,int m,int n)
{
    digit[m]=computeIt(digit[m],digit[m+1],operatorRand[m]);
    digit[m+1]=0; operatorRand[m]=0;
    //计算后把计算过的数据踢除
    removeZero(digit,4-n);removeZero(operatorRand,3-n);
    return digit[m];
}

double computeAnswer(double *theA,int *theRandA,int *theRandOperator,int m1,int m2)
{
    double digit[CARDNUMBER];
    char operatorRand[3];
    int mComputePos[3]={m1,m2,0};
    for(int i=0;i<CARDNUMBER;++i) digit[i]=theA[theRandA[i]];
    for(int j=0;j<3;++j) operatorRand[j]=operators[theRandOperator[j]];
    double sum=0;
    for(int i=0;i<3;i++)
    {
        //计算括号里的数，最后剩余的两个数看成一个新括号里的数据进行运算
        sum=dealM(digit,operatorRand,mComputePos[i],i);
        //如果发现除0的情况直接返回10001，最大的计算数据是10000（即4个10相乘）
        if(sum==10000) return 10001;
    }
    return sum;
}

void printExpression(int *a,int *theRandA,int *theRandOperator,int m1,int m2)
{
    char str[20];
    //memset(str,'\0',sizeof(str));
    switch(m1)
    {
    case 0:
        switch(m2)
        {
        case 0:
            sprintf(str,"((%c%c%c)%c%c)%c%c",card[a[theRandA[0]]],operators[theRandOperator[0]],card[a[theRandA

[1]]],operators[theRandOperator[1]],card[a[theRandA[2]]],operators[theRandOperator[2]],card[a[theRandA[3]]]);
            break;
        case 1:
            sprintf(str,"(%c%c%c)%c(%c%c%c)",card[a[theRandA[0]]],operators[theRandOperator[0]],card[a[theRandA

[1]]],operators[theRandOperator[1]],card[a[theRandA[2]]],operators[theRandOperator[2]],card[a[theRandA[3]]]);
            break;
        }
        break;
    case 1:
        switch(m2)
        {
        case 0:
            sprintf(str,"(%c%c(%c%c%c))%c%c",card[a[theRandA[0]]],operators[theRandOperator[0]],card[a[theRandA

[1]]],operators[theRandOperator[1]],card[a[theRandA[2]]],operators[theRandOperator[2]],card[a[theRandA[3]]]);
            break;
        case 1:
            sprintf(str,"%c%c((%c%c%c)%c%c)",card[a[theRandA[0]]],operators[theRandOperator[0]],card[a[theRandA

[1]]],operators[theRandOperator[1]],card[a[theRandA[2]]],operators[theRandOperator[2]],card[a[theRandA[3]]]);
            break;
        }
        break;
    case 2:
        switch(m2)
        {
        case 0:
            sprintf(str,"(%c%c%c)%c(%c%c%c)",card[a[theRandA[0]]],operators[theRandOperator[0]],card[a[theRandA

[1]]],operators[theRandOperator[1]],card[a[theRandA[2]]],operators[theRandOperator[2]],card[a[theRandA[3]]]);
            break;
        case 1:
            sprintf(str,"%c%c(%c%c(%c%c%c))",card[a[theRandA[0]]],operators[theRandOperator[0]],card[a[theRandA

[1]]],operators[theRandOperator[1]],card[a[theRandA[2]]],operators[theRandOperator[2]],card[a[theRandA[3]]]);
            break;
        }
        break;
    }
    for(unsigned i=0;i<strlen(str);i++)
       str[i]==10?printf("10"):printf("%c",str[i]);
    printf("\n");
}

void findAnswer(int *a)
{
    int randTimes=RANDTIMES;
    double theA[CARDNUMBER];
    int theRandA[CARDNUMBER];
    int theRandOperator[3];
    char ch;
    //改变a中表示的数字和字母
    changeA(a,theA);
    //for(int i=0;i<4;++i) cout<<"$"<<theA[i]<<endl;
    ch=getch();//scanf("%c",&ch);
    while(randTimes--)
    {
        //产生数字的随机顺序
        randNumList(theRandA);
        //随机产生3个运算符
        randOperator(theRandOperator);
        //随机产生两个括号，第一个有3个位置，第二个有2个位置
        int m1=rand()%3;
        int m2=rand()%2;
        //按照产生的结果运算，返回计算结果
        //如果结果是24，则输出，并返回
        double temp=computeAnswer(theA,theRandA,theRandOperator,m1,m2);
        if(fabs(temp-24) < 0.00001)
        {
            //cout<<temp<<endl;
            printExpression(a,theRandA,theRandOperator,m1,m2);
            break;
        }
    }
    if(randTimes==-1)
        printf("可能是无解...\n");
}

void printTitle()
{
    printf("****************************\n");
    printf("计算24\n");
    printf("A J Q K 均按1计算，其他按牌点计算\n");
    printf("目标是：通过四则运算组合出结果：24\n");
    printf("****************************\n\n");
}
int main()
{
    int a[CARDNUMBER];
    char ch;
    srand(time(NULL));
    //输出介绍信息
    printTitle();
    do{
        //随机产生牌点
        cardRand(a);
        //输出选牌
        printCard(a);
        printf("按任意键参考答案...\n");
        //寻找答案
        findAnswer(a);
        printf("按任意键下一题目，x键退出...\n");
        ch=getch();//scanf("%c",&ch);使输入无回显
    }while(ch!='x');
    return 0;
}