166. 数独(DFS之剪枝与优化:位运算优化,优化搜索顺序,.可行性剪枝)
数独 是一种传统益智游戏,你需要把一个9×9 的数独补充完整,使得数独中每行、每列、每个 3×3 的九宫格内数字 1∼9 均恰好出现一次。
请编写一个程序填写数独。
输入格式
输入包含多组测试用例。
每个测试用例占一行,包含 81 个字符,代表数独的 81 个格内数据(顺序总体由上到下,同行由左到右)。
每个字符都是一个数字(1−9)或一个 .
(表示尚未填充)。
您可以假设输入中的每个谜题都只有一个解决方案。
文件结尾处为包含单词 end
的单行,表示输入结束。
输出格式
每个测试用例,输出一行数据,代表填充完全后的数独。
输入样例:
4.....8.5.3..........7......2.....6.....8.4......1.......6.3.7.5..2.....1.4......
......52..8.4......3...9...5.1...6..2..7........3.....6...1..........7.4.......3.
end
输出样例:
417369825632158947958724316825437169791586432346912758289643571573291684164875293
416837529982465371735129468571298643293746185864351297647913852359682714128574936
难度:中等 |
时/空限制:1s / 64MB |
总通过数:12606 |
总尝试数:22720 |
来源:《算法竞赛进阶指南》, POJ3074 , kuangbin专题 |
算法标签 |
解析:
DFS之剪枝与优化主要方法:
1.优化搜索顺序:大部分情况下,我们应该优先搜索分支较少的节点
2.排除等效冗余
3.可行性剪枝
4.最优性剪枝
5.记忆化搜索(dp)
1.优化搜索顺序:
先搜索可选状态少的。可以使用 row[i] (i:0~8)表示第0行到第8行所用过的数字,1表示当前位置对应的数字没有使用过,可以使用;0表示当前位置对应的数字没有使用过,不可以使用。
同样的 col[i] 记录列的状态,cel[i] 记录九宫格的状态
2. 可行性剪枝
同样的,通过上述数组判断某个数字在某个位置是否可行
同时,此题对时间的要求很高,所以我们还要使用 lowbit 函数提高判断速度,使用 one 和 mp 数组记录某个数 1 的个数和表示 lowbit 函数返回的数字表示 1~9 中的哪个数
#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>
#include<cmath>
#include<ctime>
#include<algorithm>
#include<utility>
#include<stack>
#include<queue>
#include<vector>
#include<set>
#include<math.h>
#include<map>
#include<sstream>
#include<deque>
#include<unordered_map>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int N = 1 << 9;
string s;
int row[10], loc[10], cel[3][3];
int mp[N], one[N];
void init() {
for (int i = 0; i < 9; i++) {
row[i] = (1 << 9) - 1;
loc[i] = (1 << 9) - 1;
}
for (int i = 0; i < 3; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
cel[i][j] = (1 << 9) - 1;
}
}
}
int lowbit(int x) {
return x & -x;
}
void change(int a, int b, int num, int flg) {
if (flg) {
row[a] -= 1 << num;
loc[b] -= 1 << num;
cel[a / 3][b / 3] -= 1 << num;
s[a * 9 + b] = num + '1';
}
else {
cel[a / 3][b / 3] += 1 << num;
row[a] += 1 << num;
loc[b] += 1 << num;
s[a * 9 + b] = '.';
}
}
int dfs(int cnt) {
if (cnt == 0) {
cout << s << endl;
return 1;
}
int mn = 10;
int a=0, b=0;
for (int i = 0; i < 9; i++) {
for (int j = 0; j < 9; j++) {
if (s[i * 9 + j] == '.') {
int x = row[i] & loc[j] & cel[i / 3][j / 3];
if (one[x] < mn) {
mn = one[x];
a = i;
b = j;
}
}
}
}
int x= row[a] & loc[b] & cel[a / 3][b / 3];
while (x) {
change(a, b, mp[lowbit(x)], 1);
if (dfs(cnt - 1))return 1;
change(a, b, mp[lowbit(x)], 0);
x -= lowbit(x);
}
return 0;
}
int main() {
//预处理one和mp数组
for (int i = 0; i < 9; i++) {
mp[1 << i] = i;
}
for (int i = 0; i < 1 << 9; i++)
for (int j = 0; j < 9; j++)
one[i] += i >> j & 1;
while (cin >> s) {
if (s == "end")break;
int cnt = 0;
init();
for (int i = 0,a=0,b=0; i < 9; i++) {
for (int j = 0,pos=0; j < 9; j++) {
pos = i * 9 + j;
if (s[pos] == '.') {
cnt++;
}
else {
row[i] -= 1 << (s[pos] - '1');
loc[j] -= 1 << (s[pos] - '1');
cel[i/3][j/3]-= 1 << (s[pos] - '1');
}
}
}
dfs(cnt);
}
return 0;
}