Java实现解数独的小程序

前言

数独相信很多人都玩过，趣味性很强，十分的耐玩。可有没有程序员想过玩实现一个数独布局的算法呢？算法是个很有意思，很神奇的东西。

算法如下，需要预先给出几个固定的值，目前解决的一个最难的数独是大概26个已知值的情况，理论上应该能解决任意已知值的数独，不过不知道会不会迭代栈溢出……因为在26个已知值的情况下就迭代了3000多次了，囧~~~

结果显示如下：

这是已知值:

1 1 2
1 4 8 
1 5 5
1 6 1
1 7 7
1 8 3
2 1 1
2 2 6
2 4 4
3 5 9
3 7 8
3 8 4
4 7 9
5 8 7
6 1 3
6 6 8
6 7 4
6 8 6
7 3 7
7 6 4
7 7 1
8 3 3
8 6 7
9 3 4
9 4 6
9 7 3
9 8 2

（ps：如9 8 2表示第9行第二列的值是2）

将上面的数字保存到num.txt文件中,再把底下附的源代码保存为sudoku.java。

然后在cmd命令行模型下输入：

javac sudoku.java 
java sudoku <num.txt 

即可得到结果。

这个解法是我之前看到八皇后排列问题的解法后结合应用的，在数独中采用了这种解法，不过应该算是比较暴力的拆解，所以我后面命名成violentbreak。。。

虽然只是一个很小的事，但是能尝试着用编程去解决日常遇到的事，突然觉得很开心，学以致用！

java源代码：

import java.lang.system.*; 
import java.util.arraylist; 
import java.util.scanner; 
 
 
/**this class named sudoku can auto calculate sudoku but 
*you should input some nums which are already known. 
*for instance: 
*1 5 3 
*2 4 7 
*there two rows means [1][5]=3 [2][4]=7 
*i.e. in row 1 col 5 is value:5 
*you can write all known num into one txt file 
*and input into this program . 
*such as java sudoku < num.txt 
*/ 
 
/**代码逻辑解析： 
* 1、建立一个9x9矩阵保存数独正确的值 
 2、建立一个9x9列表，每个列表里保存着该位置，数独可以填入的可能值 
  如arraylist[1][1]={1,2,3}即1,1这个位置的数独可能可以填入其中一个 
  当矩阵该位置已保存了正确值时，清空对应位置的arraylist 
 3、当列表arraylist里只有一个可能值时，那个值就是数独的正确值，将该值填入数独矩阵 
  并更新arraylist 
 
 ps：以上算法只能用于求困难级别的数独，因为我在玩游戏的时候发现，每个时刻必定会有 
  一个数独空位，是只能填入一个值的，所以这个算法才能运行 
  当一个数独(即已知位置的值变少时)，可能会出现所有的空位都最起码有两个值时， 
  需要改进算法，通过代入来判断这个数独是否成立 
 
 4、于是后期我加入了暴力破解法，在上面的步骤执行后无法得出数独，即使用暴力破解 
*  
*/ 
 
 
 
public class sudoku{ 
 //弄十的原因是为了好记忆，0,0不用，只用1-9的list 
 private arraylist<integer>[][] availablenum=new arraylist[10][10]; 
 private int[][] correctnum=new int[10][10]; 
 private scanner scan=new scanner(system.in); 
 private int countnum=0; 
  
 
 { 
  for(int i=0;i<10;i++){ 
   for(int j=0;j<10;j++){ 
    availablenum[i][j]=new arraylist<>(); 
   } 
  } 
 
  for(int row=1;row<10;row++){ 
   for(int col=1;col<10;col++){ 
    for(int i=1;i<10;i++) 
     availablenum[row][col].add(new integer(i)); 
   } 
  } 
 
  //先都初始化为-1，即此时没有填充数字 
  for(int i=0;i<10;i++) 
   for(int j=0;j<10;j++) 
    correctnum[i][j]=-1; 
 
 
 } 
 
 public sudoku(){} 
 
 //在对应数独位置插入正确值 
 public void insert(int row,int col,int value){ 
  correctnum[row][col]=value; 
  availablenum[row][col]=null; 
  delete(row,col,value); 
 
 } 
 //每插入一个数值，就删除相应的行列和小框框3x3数独里对应的arraylist里可能的该值 
 public void delete(int row,int col,int value){ 
  //delte row 
  for(int i=1;i<10;i++){ 
   if (availablenum[row][i]!=null) 
    availablenum[row][i].remove(new integer(value)); 
  } 
 
  //delete column 
  for(int i=1;i<10;i++){ 
   if (availablenum[i][col]!=null) 
    availablenum[i][col].remove(new integer(value)); 
  } 
 
  //delete box num 
  int[] itscenter=judgecenterpos(row,col); 
  for(int temp1=itscenter[0]-1;temp1<=itscenter[0]+1;temp1++) 
   for(int temp2=itscenter[1]-1;temp2<=itscenter[1]+1;temp2++) 
    if(availablenum[temp1][temp2]!=null){ 
     availablenum[temp1][temp2].remove(new integer(value)); 
    } 
 
 } 
 //判断插入的值时处于哪个小框框数独里 
 public int[] judgecenterpos(int row,int col){ 
  int[] itscenter=new int[2]; 
  for(int centerrow=2;centerrow<9;centerrow+=3) 
   for(int centercol=2;centercol<9;centercol+=3){ 
    if( math.abs(row-centerrow)<=1 && 
     math.abs(col-centercol)<=1 ){ 
     itscenter[0]=centerrow; 
     itscenter[1]=centercol; 
     return itscenter; 
    } 
 
   } 
  system.out.println("some unchecked error was happened"); 
  return itscenter; 
 
 } 
 
 //判断空格里所能填的数字是不是只能有一个,当返回-1时通过检测报错 
 public int[] judgeifonlyone(){ 
 
  for(int row=1;row<10;row++) 
   for(int col=1;col<10;col++){ 
    if(availablenum[row][col]!=null) 
     if(availablenum[row][col].size()==1) 
      return new int[]{row,col}; 
   } 
 
  return new int[]{-1,-1}; 
 
 } 
 
 // 判断为唯一，但是空格里还有多于1个的数时，我们直接将哪个正确的值填入 
 public void insertifcan(){ 
 
  for(int row=1;row<=7;row+=3){ 
   for(int col=1;col<=7;col+=3){ 
    for(int z=1;z<10;z++){ 
     int count=0; 
     integer temp=new integer(z); 
     int itemp=0,jtemp=0; 
     outer: 
     for(int i=row;i<row+3;i++){ 
      for(int j=col;j<col+3;j++){ 
       if(availablenum[i][j]!=null){ 
        if(availablenum[i][j].contains(temp)){ 
         count++; 
         itemp=i; 
         jtemp=j; 
         if (count>1) 
          break outer; 
        } 
       } 
      } 
     } 
     if(count==1 && itemp!=0){ 
      insert(itemp,jtemp,z); 
     } 
    } 
     
   } 
  } 
 } 
 
 
 
 
 
 
 //判断数独的矩阵是否填满，没有则继续 
 public boolean judgematrixfull(){ 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++) 
    if(correctnum[i][j]==-1) 
     return false; 
  return true; 
 } 
 
 //先输入已知位置的数字 
 public void inputnumknown(){ 
  while(scan.hasnextint()){ 
   int row=scan.nextint(); 
   int col=scan.nextint(); 
   int value=scan.nextint(); 
   insert(row,col,value); 
   delete(row,col,value); 
  } 
 } 
 
  
 
 //打印数独结果 
 public void printsudoku(){ 
  printsudoku(correctnum); 
   
 } 
 
 public void printsudoku(int[][] arr){ 
  system.out.println("sudoku result:"); 
  for(int i=1;i<10;i++){ 
   for(int j=1;j<10;j++) 
    system.out.print(arr[i][j]+" "); 
   system.out.println(" "); 
  } 
 } 
 
 public void printlist(){ 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++){ 
    system.out.print(i+" "+j+":"); 
    if(availablenum[i][j]!=null) 
     for(int z=0;z<availablenum[i][j].size();z++){ 
      system.out.print(availablenum[i][j].get(z)+" "); 
     } 
    system.out.println(" "); 
   } 
 } 
 
 
 
 
 //暴力破解 
 public void violentbreak(){ 
  int i=1,j=1; 
  outer: 
  for(;i<10;i++) 
   for(;j<10;j++) 
    if(correctnum[i][j]!=-1) 
     break outer; 
 
  violentinsert(i,j,correctnum[i][j],correctnum); 
 } 
 
 
 public void violentinsert(int row,int col,int value,int[][] arr){ 
  countnum++; 
  int[][] tempmatrix=new int[10][10]; 
 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++) 
    tempmatrix[i][j]=arr[i][j]; 
 
  tempmatrix[row][col]=value; 
  //不能insert的话说明填满了 
  int[] insertpos=caninsert(tempmatrix); 
  if(insertpos[0]==-1){ 
   system.out.println("all insert is done.this is the last sudoku:"); 
   printsudoku(tempmatrix); 
   return; 
  } 
 
 
  for(int val=1;val<=10;val++){ 
   if(val==10){ 
    tempmatrix=null; //让jvm回收垃圾 
    //system.out.println("value=10 happened."); 
    return; 
   } 
   if(judgeifviolentinsert(insertpos[0],insertpos[1],val,tempmatrix)){ 
    //system.out.println("insert happened."); 
    violentinsert(insertpos[0],insertpos[1],val,tempmatrix); 
   } 
  } 
 
 } 
 
 public int[] caninsert(int[][] tempmatrix){ 
  int[] pos={-1,-1}; 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   for(int j=1;j<10;j++){ 
    if(tempmatrix[i][j]==-1){ 
     pos[0]=i; 
     pos[1]=j; 
     return pos; 
    } 
   } 
  return pos; 
 } 
 
 
 public boolean judgeifviolentinsert(int row,int col,int value,int[][] tempmatrix){ 
  for(int j=1;j<10;j++) 
   if(value==tempmatrix[row][j]) 
    return false; 
 
  for(int i=1;i<10;i++) 
   if(value==tempmatrix[i][col]) 
    return false; 
 
 
  int[] itscenter=judgecenterpos(row,col); 
  for(int temp1=itscenter[0]-1;temp1<=itscenter[0]+1;temp1++) 
   for(int temp2=itscenter[1]-1;temp2<=itscenter[1]+1;temp2++) 
    if(value==tempmatrix[temp1][temp2]) 
     return false; 
 
  return true; 
 } 
 
 
 //数独开始运算的函数 
 public void start(){ 
  int[] nextinsert=new int[2]; 
  int count=0; 
  this.inputnumknown(); 
 
  while(!judgematrixfull()){ 
   nextinsert=judgeifonlyone(); 
   if(nextinsert[0]==-1){ 
    this.insertifcan(); 
    count++; 
    if(count==15){ 
     system.out.println("cannot fullfill this sodoku through finding the only one left."); 
     system.out.println("count:"+count); 
     break; 
    } 
    continue; 
 
   } 
   int value=availablenum[nextinsert[0]][nextinsert[1]].get(0); 
   insert(nextinsert[0],nextinsert[1],value); 
  } 
 
  printsudoku(); 
  //满了就不用暴力破解了 
  if(judgematrixfull()) 
   return; 
  system.out.println("now we should break this sudoku by violent method."); 
  violentbreak(); 
  system.out.println("recursion times:"+countnum); 
 } 
 
 
 
 
 public static void main(string[] args){ 
 
  sudoku test1=new sudoku(); 
  test1.start(); 
   
  int[] a=new int[2]; 
  system.out.println(a); 
  system.out.println(a[0]); 
 
 } 
 
} 

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流。