代码意识流——花朵数问题(九)
本文前一部分的链接
http://www.cnblogs.com/KBTiller/archive/2011/06/08/2075597.html
23.拆除脚手架
把为测试写的多余的代码删除；重新审视代码
extern SF chaoguo_W ( const DASHU * const );
改名为
extern SF ds_chaoguo_W ( const DASHU * const );
extern SF buzu_W ( const DASHU * const );
改名为
extern SF ds_buzu_W ( const DASHU * const );
extern void qiu_sz_gs ( int (*)[JINZHI] , const DASHU * const ) ;
改名为
extern void ds_qiu_sz_gs ( int (*)[JINZHI] , const DASHU * const ) ;
extern SF xiaoyu ( const DASHU * const , const DASHU * const ) ;
改名为
extern DX ds_bijiao ( const DASHU * const , const DASHU * const ) ;
修改了函数原型并重新进行了定义
View Code
/*0_问题.h*/
#ifndef WENTI_H
#define WENTI_H
#define QIUJIE //求解21位问题
//#define CESHI //进行测试
#ifdef CESHI //测试
#define JINZHI 10 //十进制
#define WEISHU 3 //3位花朵数
#define N WEISHU //幂次==位数
#endif //CESHI
#ifdef QIUJIE //求解
#define JINZHI 10 //十进制
#define WEISHU 21 //位数
#define N WEISHU //幂次==位数
#endif //QIUJIE
#endif // WENTI_H
View Code
/*1_MAIN.h*/
#ifndef MAIN_H
#define MAIN_H
/**************************类型定义**************************/
/**************************函数原型**************************/
#include <stdlib.h> //system()
#include "2_穷举.h" //qiongju()
#include "4_结果.h" //shuchu()
#endif // MAIN_H
View Code
/*
Name:花朵数问题
Author:键盘农夫
Date:2011,5,30
Description:
*/
#include "1_MAIN.h"
#include "0_问题.h"
#ifdef CESHI //测试
int main( void )
{
system("PAUSE");
return 0;
}
#endif //CESHI
#ifdef QIUJIE //求解
int main( void )
{
qiongju(); //求解:穷举<=>验算<=>记录结果
shuchu(); //输出
system("PAUSE");
return 0;
}
#endif //QIUJIE
View Code
/*2_穷举.h*/
#ifndef QIONGJU_H
#define QIONGJU_H
/**************************类型定义**************************/
#include "3_大数.h"
#include "常用.h"
/**************************函数原型**************************/
extern void qiongju( void );
#include <stdlib.h> //malloc()
#include <string.h> //memcmp()
#include "4_结果.h" //jilu()
#endif // QIONGJU_H
View Code
/*2_穷举.c*/
#include "2_穷举.h"
#include "0_问题.h"
typedef unsigned int SHUZI_GESHU[JINZHI];
//SHUZI_GESHU[d]存储出现在数字组合中数字d的个数
typedef DASHU SHUJUBIAO[JINZHI-1][WEISHU + 1];
//0*(JINZHI-1)^N 1*(JINZHI-1)^N ……WEISHU*(JINZHI-1)^N
//0*(JINZHI-2)^N 1*(JINZHI-2)^N ……WEISHU*(JINZHI-1)^N
//……
//0*(1)^N 1*(1)^N ……WEISHU*(1)^N
static void xunhuan(const int , const int , DASHU (*)[WEISHU + 1] ) ;
static void jianli_sjb ( SHUJUBIAO * * ); //建立数据表
static SF wenhe( SHUZI_GESHU * const , const DASHU * const);
// 判断*p_he中各数字的个数与*p_sz_gs是否吻合
static SF wenhe( SHUZI_GESHU * const p_sz_gs ,
const DASHU * const p_he )
{
int sz_gs_he[JINZHI] = { 0 }; //"和"中各数字的个数
if( ds_chaoguo_W(p_he) == SHI //超过W位||不足W位
|| ds_buzu_W (p_he) == SHI ){
return FOU ;
}
ds_qiu_sz_gs( &sz_gs_he , p_he ); //求"和"中各数字的个数
if ( memcmp ( sz_gs_he , *p_sz_gs , sizeof sz_gs_he )==0 ){
return SHI ;
}
return FOU ;
}
//建立数据表
static void jianli_sjb ( SHUJUBIAO * * p_p_sjb )
{
if( (* p_p_sjb = malloc(sizeof(SHUJUBIAO)) ) == NULL ){
exit(!EXIT_SUCCESS);
}
{
int i , j ;
for( i = 0 ; i < JINZHI - 1 ; i ++){
ds_fuzhi( *( * * p_p_sjb + i ) + 0 , 0 );//第一列为0
ds_fuzhi( *( * * p_p_sjb + i ) + 1 , 1 );//第二列先赋值为1
for( j = 0 ; j < N ; j ++ ){ //求N次幂
ds_chengyi( *( * * p_p_sjb + i ) + 1 , JINZHI - 1 - i );
}
for( j = 2 ; j <= WEISHU ; j ++ ){
(*( * * p_p_sjb + i ))[j] = (*( * * p_p_sjb + i ))[j-1] ;
ds_jiaru ( *( * * p_p_sjb + i ) + j , *( * * p_p_sjb + i ) + 1 ) ;
}
}
}
}
extern void qiongju( void )
{
SHUJUBIAO *p_sjb = NULL ;
jianli_sjb ( & p_sjb ); //建立数据表
xunhuan( WEISHU , JINZHI-1 , *p_sjb ) ;
free ( p_sjb );
}
static void xunhuan( const int gssx /*个数上限*/ ,
const int sz /*关于哪个数字*/,
DASHU (*p_hang)[WEISHU + 1] /*指向一行数据*/)
{
static DASHU he = { { 0 } } ;//用于累加"和"
static SHUZI_GESHU sz_gs ;
DASHU he_ = he ; //记录累加前的值
if( sz > 0 ){
int i;
for( i = 0 ; i <= gssx ; i++ ){
sz_gs[sz] = i ; //记录数字的个数
ds_jiaru ( &he , *p_hang + i ) ;
xunhuan( gssx - i , sz - 1 , p_hang + 1 ); //选取下一个数字^N的倍数
he = he_ ; //恢复原来的值
}
}
else{
sz_gs[sz] = gssx ; //记录数字的个数
if( wenhe ( & sz_gs , &he ) == SHI ){ //验算两者是否"吻合"
jilu( & he ); //<=>记录结果
}
}
}
View Code
/*3_大数.h*/
#ifndef DASHU_H
#define DASHU_H
#include "0_问题.h" //DASHU用到了WEISHU
typedef enum {
DAYU , //大于
DENGYU , //等于
XIAOYU //小于
} DX ;
/**************************类型定义**************************/
//gw_sz[0]为个位，gw_sz[WEISHU-1]为最高位
//gw_sz[WEISHU-1]的值大于等于JINZHI表示溢出
typedef struct {
int gw_sz[WEISHU] ;
}
DASHU ;
#include "常用.h"
/**************************函数原型**************************/
extern void ds_fuzhi ( DASHU * const , const int ) ;
extern void ds_shuchu ( const DASHU * const ) ;
extern void ds_jiaru ( DASHU * const , const DASHU * const ) ;
extern void ds_chengyi( DASHU * const , const int );
extern SF ds_chaoguo_W ( const DASHU * const );
extern SF ds_buzu_W ( const DASHU * const );
extern void ds_qiu_sz_gs ( int (*)[JINZHI] , const DASHU * const ) ;
extern DX ds_bijiao ( const DASHU * const , const DASHU * const ) ;
#endif // DASHU_H
View Code
/*3_大数.c*/
#include "3_大数.h"
static void ds_jinwei ( DASHU * const );
extern DX ds_bijiao ( const DASHU * const p_ds1, const DASHU * const p_ds2)
{
int *t1 = p_ds1-> gw_sz , * w1 = t1 + WEISHU -1 ;
int *t2 = p_ds2-> gw_sz , * w2 = t2 + WEISHU -1 ;
while( w1 > t1 ){
if( *w1 < *w2 ){
return XIAOYU ;
}
if( *w1-- > *w2-- ){
return DAYU ;
}
}
if( *w1 < *w2 ){
return XIAOYU ;
}
if( *w1> *w2 ){
return DAYU ;
}
return DENGYU ;
}
//统计*p_he中的各数字个数=> *p_sz_gs
extern void ds_qiu_sz_gs( int (*p_sz_gs)[JINZHI] , const DASHU * const p_he )
{
int * t = p_he->gw_sz ;
while( t < p_he->gw_sz + WEISHU ){
(*( *p_sz_gs + *t++ ))++ ;//(*p_sz_gs)[*t++] ++ ;
}
}
//判断是否不足WEISHU
extern SF ds_buzu_W(const DASHU * const p_ds)
{
if(p_ds->gw_sz[WEISHU-1] == 0 ){
return SHI ;
}
return FOU ;
}
//判断是否超过WEISHU
extern SF ds_chaoguo_W(const DASHU * const p_ds)
{
if(p_ds->gw_sz[WEISHU-1] >=JINZHI ){
return SHI ;
}
return FOU ;
}
//* p_ds *= cs
extern void ds_chengyi( DASHU * const p_ds , const int cs )
{
int * t = p_ds->gw_sz ;
while( t < p_ds->gw_sz + WEISHU ){
*t++ *=cs ;
}
ds_jinwei ( p_ds );
}
//进位
static void ds_jinwei ( DASHU * const p_ds )
{
int * t = p_ds->gw_sz , * const w = t + WEISHU - 1 ;
while( t < w ){
*( t + 1 ) += * t / JINZHI ;
* t ++ %= JINZHI ;
}
}
// *p_he += *p_js
extern void ds_jiaru ( DASHU * const p_he , const DASHU * const p_js )
{
int *he_t = p_he->gw_sz , * const he_w = he_t + WEISHU ;
const int *js_t = p_js->gw_sz ;
while( he_t < he_w ){
*he_t++ += *js_t++ ;
}
ds_jinwei ( p_he );
}
//输出(若输出10以上进制需要补充代码)
extern void ds_shuchu( const DASHU * const p_ds )
{
int * const t = p_ds->gw_sz , *w = t + WEISHU - 1 ;
while( w > t && *w == 0 ){ //高位0不输出
w--;
}
while( w > t ){
printf( "%d" , * w -- );
}
printf( "%d\n" , * t ) ;
}
//在*p_ds中写入n
extern void ds_fuzhi ( DASHU * const p_ds , const int n )
{
p_ds->gw_sz[0] = n ;
//可能有进位，同时把高位写为0
{
int *t = p_ds->gw_sz , //指向 p_ds->gw_sz[0]
*w = t + WEISHU - 1 ; //指向 p_ds->gw_sz[WEISHU-1]
while( t < w ){
*( t + 1 ) = * t / JINZHI ;
* t ++ %= JINZHI ;
}
}
}
View Code
/*4_结果.h*/
#ifndef JIEGUO_H
#define JIEGUO_H
/**************************类型定义**************************/
#include "3_大数.h"
typedef struct jd {
DASHU hds; //花朵数
struct jd *xyg; //下一个
}
JIEDIAN;
#include "常用.h"
/**************************函数原型**************************/
extern void jilu( DASHU * );
#include "3_大数.h" //xiaoyu()
#include <stdlib.h> //malloc(),NULL
extern void shuchu(void);
#endif // JIEGUO_H
View Code
/*4_结果.c*/
#include "4_结果.h"
static JIEDIAN *tou = NULL ; //记录链表的第一个节点
extern void shuchu(void)
{
while( tou != NULL ){
JIEDIAN *p_xyg = tou-> xyg ;
ds_shuchu(&tou->hds);
free( tou );
tou = p_xyg ;
}
tou = NULL ;
}
extern void jilu( DASHU *p_ds )
{
JIEDIAN **p_t = &tou ;
JIEDIAN *p_jd = NULL ;
if((p_jd = malloc( sizeof (JIEDIAN ) )) == NULL ){ // 添加节点
printf("无法存储");
exit(!EXIT_SUCCESS);
}
else{
p_jd->hds = *p_ds ; //把结果写入节点
}
while ( *p_t != NULL
&& ( ds_bijiao(&(*p_t)->hds , p_ds ) == XIAOYU ) ) { //寻找恰当的位置
p_t = &(*p_t)->xyg ;
}
//加入到链表中
p_jd -> xyg = * p_t ;
* p_t = p_jd ;
}
24.性能改善
这个程序的运行时间主要决定于穷举的过程，所以性能改善显然应该主要考虑这个过程。其中可能的主要因素有：递归调用参数传递、大数运算、算法等。
25.算法改进
在递归过程中考虑一旦累加的“和”应经超过位数或不可能达到位数就提前结束递归
View Code
static void xunhuan( const int gssx /*个数上限*/ ,
const int sz /*关于哪个数字*/,
DASHU (*p_hang)[WEISHU + 1] /*指向一行数据*/)
{
static DASHU he = { { 0 } } ;//用于累加"和"
static SHUZI_GESHU sz_gs ;
DASHU he_ = he ; //记录累加前的值
if( sz > 0 ){
int i;
for( i = 0 ; i <= gssx ; i++ ){
sz_gs[sz] = i ; //记录数字的个数
ds_jiaru ( &he , *p_hang + i ) ;
if( ds_chaoguo_W( &he ) == SHI ){
return ;
}
if(i==gssx && (ds_buzu_W ( &he) == SHI) ){
return ;
}
xunhuan( gssx - i , sz - 1 , p_hang + 1 ); //选取下一个数字^N的倍数
he = he_ ; //恢复原来的值
}
}
else{
sz_gs[sz] = gssx ; //记录数字的个数
if( wenhe ( & sz_gs , &he ) == SHI ){ //验算两者是否"吻合"
jilu( & he ); //<=>记录结果
}
}
}
这种办法运行时间只减少了2~3%。
26.不带参数的递归
将xunhuan()中的运算移动到qiongju()，运行时间减少8%左右。
View Code
/*2_穷举.c*/
#include "2_穷举.h"
#include "0_问题.h"
#define KAISHI JINZHI
#define JIESHU 0
typedef unsigned int SHUZI_GESHU[JINZHI];
//SHUZI_GESHU[d]存储出现在数字组合中数字d的个数
typedef DASHU SHUJUBIAO[JINZHI-1][WEISHU + 1];
//0*(JINZHI-1)^N 1*(JINZHI-1)^N ……WEISHU*(JINZHI-1)^N
//0*(JINZHI-2)^N 1*(JINZHI-2)^N ……WEISHU*(JINZHI-1)^N
//……
//0*(1)^N 1*(1)^N ……WEISHU*(1)^N
//static void xunhuan(const int , const int , DASHU (*)[WEISHU + 1] ) ;
static void jianli_sjb ( SHUJUBIAO * * ); //建立数据表
static SF wenhe( SHUZI_GESHU * const , const DASHU * const);
static void zhunbei( int * const , SHUJUBIAO ** const , int * const , DASHU (*(*))[ WEISHU + 1 ]);
static void shouwei( SHUJUBIAO * * const , int * const , DASHU * const );
// 判断*p_he中各数字的个数与*p_sz_gs是否吻合
static SF wenhe( SHUZI_GESHU * const p_sz_gs ,
const DASHU * const p_he )
{
int sz_gs_he[JINZHI] = { 0 }; //"和"中各数字的个数
if( ds_chaoguo_W(p_he) == SHI //超过W位||不足W位
|| ds_buzu_W (p_he) == SHI ){
return FOU ;
}
ds_qiu_sz_gs( &sz_gs_he , p_he ); //求"和"中各数字的个数
if ( memcmp ( sz_gs_he , *p_sz_gs , sizeof sz_gs_he )==0 ){
return SHI ;
}
return FOU ;
}
//建立数据表
static void jianli_sjb ( SHUJUBIAO * * p_p_sjb )
{
if( (* p_p_sjb = malloc(sizeof(SHUJUBIAO)) ) == NULL ){
exit(!EXIT_SUCCESS);
}
{
int i , j ;
for( i = 0 ; i < JINZHI - 1 ; i ++){
ds_fuzhi( *( * * p_p_sjb + i ) + 0 , 0 );//第一列为0
ds_fuzhi( *( * * p_p_sjb + i ) + 1 , 1 );//第二列先赋值为1
for( j = 0 ; j < N ; j ++ ){ //求N次幂
ds_chengyi( *( * * p_p_sjb + i ) + 1 , JINZHI - 1 - i );
}
for( j = 2 ; j <= WEISHU ; j ++ ){
(*( * * p_p_sjb + i ))[j] = (*( * * p_p_sjb + i ))[j-1] ;
ds_jiaru ( *( * * p_p_sjb + i ) + j , *( * * p_p_sjb + i ) + 1 ) ;
}
}
}
}
static void zhunbei( int * const p_gssx ,
SHUJUBIAO ** const p_p_sjb,
int * const p_sz ,
DASHU (*(*p_p_hang))[ WEISHU + 1 ])
{
* p_gssx = WEISHU ;
jianli_sjb ( p_p_sjb ) ; //建立数据表
* p_p_hang = **p_p_sjb ;
(*p_sz)-- ;
}
static void shouwei( SHUJUBIAO ** const p_p_sjb ,
int * const p_sz ,
DASHU * const p_he )
{
free ( *p_p_sjb ) ;
*p_p_sjb = NULL ;
* p_sz = KAISHI ;
ds_fuzhi( p_he , 0 );
}
extern void qiongju( void )
{
static int gssx , sz = JINZHI ;
static SHUJUBIAO *p_sjb = NULL ;
static DASHU (*p_hang)[ WEISHU + 1 ] ;
static DASHU he = { { 0 } } ; //用于累加"和"
static SHUZI_GESHU sz_gs ;
switch( sz ){
case KAISHI:
zhunbei( & gssx , & p_sjb , & sz , & p_hang ); //准备工作
qiongju() ;
shouwei( &p_sjb , & sz , &he );//收尾工作
return ;
default :
{
DASHU he_ = he ; //记录累加前的值
int gssx_ = gssx ;
int i ;
for( i = 0 ; i <= gssx_ ; i ++ ){
ds_jiaru ( &he , *p_hang + i ) ;
p_hang++ ;
sz_gs[sz--] = i ;
gssx = gssx_ - i ;
qiongju() ;
p_hang -- ;
sz ++ ;
gssx = gssx_ ;
he = he_ ;
}
}
return ;
case JIESHU:
sz_gs[sz] = gssx ;
if( wenhe ( & sz_gs , &he ) == SHI ){ //验算两者是否"吻合"
jilu( & he ); //<=>记录结果
}
return ;
}
}
27.减少不必要的大数运算
在递归过程中有些地方的加数为0，没必要。去除这些不必要的加法运算
View Code
static void xunhuan( const int gssx /*个数上限*/ ,
const int sz /*关于哪个数字*/,
DASHU (*p_hang)[WEISHU + 1] /*指向一行数据*/)
{
static DASHU he = { { 0 } } ;//用于累加"和"
static SHUZI_GESHU sz_gs ;
DASHU he_ = he ; //记录累加前的值
if( sz > 0 ){
int i;
for( i = 0 ; i <= gssx ; i++ ){
sz_gs[sz] = i ; //记录数字的个数
if(i!=0){
ds_jiaru ( &he , *p_hang + i ) ;
}
xunhuan( gssx - i , sz - 1 , p_hang + 1 ); //选取下一个数字^N的倍数
he = he_ ; //恢复原来的值
}
}
else{
sz_gs[sz] = gssx ; //记录数字的个数
if( wenhe ( & sz_gs , &he ) == SHI ){ //验算两者是否"吻合"
jilu( & he ); //<=>记录结果
}
}
}
很意外，运行时间居然减少了20%左右。
由此可见，大数的运算对性能影响最大，最初的设计用一个int存储一位是有些过于奢侈了。
28.采用新的数据结构
由于前面结果的提示，DASHU采用更紧凑的形式，一个int存储7位，运行时间可减少50%以上
致谢：从与CU的蔡万钊、A.com、koolcoy (娶妻求贤)等网友的讨论中得到许多有益的启发，在此致谢。
(完)
