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解数独终稿_lsm.cpp
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#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<cstdlib>
using namespace std;
//设置相关参数
#define MAX 101101
int sudo[2][10][10]; //用于储存数独的一(两)个解
int flag = 0; //有解标志,0为无解,1为一解,2为多解
//函数声明
inline int read(); //读入优化
inline void Putsudo(int); //输出某一组解好的数独
void Input(); //输入数据
void Output(); //输出数据
void Makelink(); //创建link
bool Check(int, int, int, int, int[10][10], int[10][10], int[10][10]); //判断这个位置上能否填num这个数
inline void Fillblock(int, int, int, int, int[10][10], int[10], int[10][10], int[10], int[10][10], int[10]); //在指定格子上填数并占位
void Preprocess(int[10][10], int[10], int[10][10], int[10], int[10][10], int[10], int&); //预处理数独
//定义结构体变量DLX
struct DLX
{
//定义DLX结构体变量的若干参数
int n, m, cnt;//矩阵的二维参数,点的总数
int s[MAX];//每列的结点数
int h[MAX];//每行的头结点
int ansk[MAX];//存储答案
int l[MAX], r[MAX], u[MAX], d[MAX], row[MAX], col[MAX];//每个点的左,右,上下,行,列信息
//初始化函数,生成每列的头结点
void init(int _n, int _m)
{
n = _n;
m = _m;
for (int i = 0; i <= m; i++)
{
r[i] = i + 1;
l[i] = i - 1;
u[i] = d[i] = i;
}
r[m] = 0;//m右边是0
l[0] = m;//0左边是m
memset(h, -1, sizeof(h));
memset(s, 0, sizeof(s));
cnt = m + 1;//开始时有m个结点(0结点和各列头结点)
}
//在R行C列建立新的点
void link(int R, int C)
{
s[C]++;
row[cnt] = R;
col[cnt] = C;
u[cnt] = C;
d[cnt] = d[C];
u[d[C]] = cnt;
d[C] = cnt;
//若该行没有别的点,则把第一个加入的点作为该行的行头结点
if (h[R] < 0)
h[R] = r[cnt] = l[cnt] = cnt;
else
{
r[cnt] = h[R];
l[cnt] = l[h[R]];
r[l[h[R]]] = cnt;
l[h[R]] = cnt;
}
cnt++;
}
//删除c列和c列上有点的行
void remove(int c)
{
r[l[c]] = r[c];
l[r[c]] = l[c];
for (int i = d[c]; i != c; i = d[i])
{
for (int j = r[i]; j != i; j = r[j])
{
u[d[j]] = u[j];
d[u[j]] = d[j];
s[col[j]]--;
}
}
}
//恢复c列和c列上有点的行
void resume(int c)
{
for (int i = u[c]; i != c; i = u[i])
{
for (int j = l[i]; j != i; j = l[j])
{
u[d[j]] = j;
d[u[j]] = j;
s[col[j]]++;
}
}
r[l[c]] = c;
l[r[c]] = c;
}
//求解数独
void dance(int deep)
{
if (r[0] == 0)
{
int x, y, v;
for (int i = 0; i < deep; i++)
{
x = (ansk[i] - 1) / 9 / 9;
y = (ansk[i] - 1) / 9 % 9;
v = (ansk[i]) % 9;//把行信息转换成对应的点的值
if (v == 0)
v = 9;//防止9的倍数%9==0
sudo[flag][x][y] = v;
}
//遍历完所有的解,找到第二个解时输出前两个解
if (flag == 0)
flag++;
else
{
flag++;
Output();
exit(0);
}
return;
}
int c = r[0];
//找到点最少的列
for (int i = r[0]; i != 0; i = r[i])
if (s[i] < s[c])
c = i;
remove(c);
for (int i = d[c]; i != c; i = d[i])
{
ansk[deep] = row[i];
for (int j = r[i]; j != i; j = r[j])
remove(col[j]);
dance(deep + 1);//下一步
for (int j = l[i]; j != i; j = l[j])
resume(col[j]);
}
resume(c);
return;
}
}dlx;
//主函数
int main()
{
//初始化dlx的参数
dlx.init(729, 324);
//读入数据并对数据进行预处理
Input();
//创建link
Makelink();
//开始求解数独
dlx.dance(0);
//输出解
Output();
return 0;
}
//读入优化
inline int read()
{
char ch = ' ';
while (!isgraph(ch))
ch = getchar();
if (ch == '-')
return 0;
else
return ch - '0';
}
//输出某一组解好的数独
inline void Putsudo(int num)
{
for (int i = 0; i <= 8; i++)
{
for (int j = 0; j <= 8; j++)
printf("%d ", sudo[num][i][j]);
printf("\n");
}
}
//读入数据并进行预处理
void Input()
{
//设置一些描述数独状态的变量
int col[10][10] = { {0} }; //存储每列上已填数字的情况,0表示可用,1表示不可用
int row[10][10] = { {0} }; //存储每行情况
int pal[10][10] = { {0} }; //存储每宫情况
int col_n[10] = { 0 }; //每列已填数字数
int row_n[10] = { 0 }; //每行已填数字数
int pal_n[10] = { 0 }; //每宫已填数字数
int cnt = 0; //待填方格数
bool legal = true; //合法性变量
for (int i = 0; i <= 8; i++)
for (int j = 0; j <= 8; j++)
{
int k = read();
if (!k)
{
cnt++;
sudo[flag][i][j] = k;
continue;
}
//计算宫号
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
//判断合法性
if (!Check(i, j, pal_num, k, col, row, pal))
legal = false;
//占位
Fillblock(i, j, pal_num, k, col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
}
//判断合法性
if (!legal)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
//预处理数独
Preprocess(col, col_n, row, row_n, pal, pal_n, cnt);
//如果预处理时已经填满了,就输出解并结束
if (cnt == 0)
{
flag++;
Output();
exit(0);
}
}
//输出解的结果
void Output()
{
//有解标志为2,说明有多解,为1说明有唯一解,为0说明无解
if (flag == 2)
{
printf("Multiple solutions\n");
Putsudo(0);
printf("\n");
Putsudo(1);
}
else if (flag == 1)
{
printf("OK\n");
Putsudo(0);
}
else
printf("No solution\n");
}
//创建link
void Makelink()
{
for (int i = 0; i <= 8; i++)
for (int j = 0; j <= 8; j++)
for (int k = 1; k <= 9; k++)
{
if (sudo[flag][i][j] != k && sudo[flag][i][j] != 0)//已经填好的点就不用考虑了
continue;
int o = i * 9 * 9 + j * 9 + k;
dlx.link(o, i * 9 + j + 1);
dlx.link(o, i * 9 + 81 + k);
dlx.link(o, j * 9 + 81 * 2 + k);
dlx.link(o, 81 * 3 + (i / 3 * 3 + j / 3) * 9 + k);//把点对应成行(集合)
}
}
//判断这个位置上能否填num这个数
bool Check(int i, int j, int pal_num, int num, int col[10][10], int row[10][10], int pal[10][10])
{
if (col[j][num] == 1 || row[i][num] == 1 || pal[pal_num][num] == 1)
return false;
return true;
}
//在指定位置上填数
inline void Fillblock(int i, int j, int pal_num, int num, int col[10][10], int col_n[10], int row[10][10], int row_n[10], int pal[10][10], int pal_n[10])
{
sudo[flag][i][j] = num;
col[j][num] = 1;
col_n[j]++;
row[i][num] = 1;
row_n[i]++;
pal[pal_num][num] = 1;
pal_n[pal_num]++;
}
//预处理数独
void Preprocess(int col[10][10], int col_n[10], int row[10][10], int row_n[10], int pal[10][10], int pal_n[10], int &cnt)
{
//准备好一些参数
int po_ans[10][10][10]; //每个位置上的候选解
int po_ans_n[10][10] = { {0} }; //每个位置上的候选解数
int po_row_n[10][10] = { {0} }; //每行每个数的候选解数
int po_row[10][10][10]; //每行每个数的候选解,存储的是列号
int po_col_n[10][10] = { {0} }; //相应的列情况
int po_col[10][10][10]; //每列每个数的候选解,存储的是行号
int filled = 0; //记录已经填了多少数
//格子候选法:先填满那些只有一个选择的格子
for (int i = 0; i <= 8; i++)
for (int j = 0; j <= 8; j++)
{
if (sudo[flag][i][j] == 0)
{
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
for (int k = 1; k <= 9; k++)
{
if (Check(i, j, pal_num, k, col, row, pal))
{
po_ans_n[i][j]++;
po_ans[i][j][po_ans_n[i][j]] = k;
}
}
if (po_ans_n[i][j] == 1)
{
Fillblock(i, j, pal_num, po_ans[i][j][1], col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
filled++;
cnt--;
}
else if (po_ans_n[i][j] == 0)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
}
}
//行候选法:每个行必定含有1-9的数字,对于还没有填入的数字,搜索每一个格,如果该数字只有一个格子可以填,填之
for (int i = 0; i <= 8; i++)
for (int k = 1; k <= 9; k++)
{
if (row[i][k] == 0)
{
for (int j = 0; j <= 8; j++)
{
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
if (sudo[flag][i][j] == 0 && Check(i, j, pal_num, k, col, row, pal))
{
po_row_n[i][k]++;
po_row[i][k][po_row_n[i][k]] = j;
}
}
if (po_row_n[i][k] == 1)
{
Fillblock(i, po_row[i][k][1], i / 3 * 3 + po_row[i][k][1] / 3 + 1, k, col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
filled++;
cnt--;
}
else if (po_row_n[i][k] == 0)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
}
}
//列候选法:每列必有1-9,原理与行候选相同
for (int j = 0; j <= 8; j++)
for (int k = 1; k <= 9; k++)
{
if (col[j][k] == 0)
{
for (int i = 0; i <= 8; i++)
{
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
if (sudo[flag][i][j] == 0 && Check(i, j, pal_num, k, col, row, pal))
{
po_col_n[j][k]++;
po_col[j][k][po_col_n[j][k]] = i;
}
}
if (po_col_n[j][k] == 1)
{
Fillblock(po_col[j][k][1], j, po_col[j][k][1] / 3 * 3 + j / 3 + 1, k, col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
filled++;
cnt--;
}
else if (po_col_n[j][k] == 0)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
}
}
if (filled == 0) //无数可填,没有优化余地
return;
while (true) //迭代填数,填到填不下去为止
{
int filled_2 = 0;
for (int i = 0; i <= 8; i++)
for (int j = 0; j <= 8; j++)
{
if (sudo[flag][i][j] == 0)
{
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
for (int k = 1; k <= po_ans_n[i][j]; k++)
{
if (!Check(i, j, pal_num, po_ans[i][j][k], col, row, pal))
{
swap(po_ans[i][j][k], po_ans[i][j][po_ans_n[i][j]]);
po_ans_n[i][j]--;
k--;
}
}
if (po_ans_n[i][j] == 1)
{
Fillblock(i, j, pal_num, po_ans[i][j][1], col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
filled_2++;
cnt--;
}
else if (po_ans_n[i][j] == 0)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
}
}
for (int i = 0; i <= 8; i++)
for (int k = 1; k <= 9; k++)
{
if (row[i][k] == 0)
{
for (int b = 1; b <= po_row_n[i][k]; b++)
{
int j = po_row[i][k][b];
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
if (!(sudo[flag][i][j] == 0 && Check(i, j, pal_num, k, col, row, pal)))
{
swap(po_row[i][k][b], po_row[i][k][po_row_n[i][k]]);
po_row_n[i][k]--;
b--;
}
}
if (po_row_n[i][k] == 1)
{
Fillblock(i, po_row[i][k][1], i / 3 * 3 + po_row[i][k][1] / 3 + 1, k, col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
filled_2++;
cnt--;
}
else if (po_row_n[i][k] == 0)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
}
}
for (int j = 0; j <= 8; j++)
for (int k = 1; k <= 9; k++)
{
if (col[j][k] == 0)
{
for (int b = 1; b <= po_col_n[j][k]; b++)
{
int i = po_col[j][k][b];
int pal_num = i / 3 * 3 + j / 3 + 1;
if (!(sudo[flag][i][j] == 0 && Check(i, j, pal_num, k, col, row, pal)))
{
swap(po_col[j][k][b], po_col[j][k][po_col_n[j][k]]);
po_col_n[j][k]--;
b--;
}
}
if (po_col_n[j][k] == 1)
{
Fillblock(po_col[j][k][1], j, po_col[j][k][1] / 3 * 3 + j / 3 + 1, k, col, col_n, row, row_n, pal, pal_n);
filled_2++;
cnt--;
}
else if (po_col_n[j][k] == 0)
{
printf("No solution\n");
exit(0);
}
}
}
if (filled_2 == 0)
return;
}
}