[buaa-SE-2017]个人项目

个人项目

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Part1:github

https://github.com/Aria-K-Alethia/Sudoku

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Part2:解题思路描述

关于数独的解法

我选择的是暴力搜索算法。

（1）关于 -c
首先，本题要求生成的数独最多为1,000,000个，并且要生成的数独都是9x9规模的，而并不是nxn规模，再加上数独本身的限制可以实现一定程度上的剪枝，因此暴力搜索是可行的。

另一方面，本题需要生成的数独各不相同，暴力搜索可以搜索所有的可行解，很容易实现不重复的要求，所以最终我选择暴力搜索的方法。

（2）关于-s
暴力搜索在解决数独的时候只需要搜索到一个解就可以，虽然对于一些递归层数比较深的数独会有些乏力，不过总体上也可以接受。

关于其他解法

我在分析的题目时候查找了其他的解法，包括dancing link、分治，但是dancing link的复杂度较高（参看算法实践——舞蹈链（Dancing Links）算法求解数独），且其实现复杂，所以不使用。

分治的方法将9x9盘面分成9个3x3的盘面，每次在每个盘面上生成数字，这个和普通的回溯法实际是类似的，所以效率应该也类似（关于效率参看【算法研究】数独高效完全解生成算法的研究和实现），而且最后我用暴力法实现之后也证明了这一点。

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Part3:设计实现过程

关于设计

我的设计比较简单，整个程序分为3个类：

• InputHandler：处理和分析输入。
• Sudoku：处理所有数独相关操作。
• Output：处理所有错误输出。

程序的流程就是由InputHandler处理输入，然后Sudoku根据不同的指令来解决，如果这个过程中有什么错误发生则会由Output响应。

关于测试

测试中，首先测试了基本功能，然后针对一些边界值（比如空文件和生成0个数独）进行了测试。
在性能改进之后，又进行了回归测试。
测试初始化：

这里设置了相关参数

下图是其中一个测试单元：

这个测试单元测试了

bool get_board(fstream &file,char board[][LEN+1])

这个方法从file文件中读入一个数独，成功则返回true，如果数独的行数不够则返回false，我们首先读入一个正确的数独，然后在文件中输入错误信息之后重新测试，这时outcome变量应该是false。

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Part4:性能分析和改进

我在性能改进上大概花费了3个小时的时间。
最初我使用了c++的内置类string来处理输出，但是性能分析之后发现速度太慢，输出1million个需要1分钟，所以我针对这一点以及I/O输出进行了优化，具体体现在：

• 替换string转而使用char*来处理字符串
• 将所有结果存储在一个大数组中，最后直接输出所有结果，而不是每次输出一个数独终局。

之后程序在I/O上已经不花费太多的时间，根据性能分析图可以看到，大部分的时间都集中在回溯搜索上：

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Part5:关键代码

回溯部分代码：

for (int k = 1; k <= LEN; ++k) {
		if (Sudoku::count >= n) return;    //if generate enough sudoku,return
		if (check_generate_pos(i, j, k)) {   //check if it is ok to set k on (i,j)
			board[i][j] = k + '0';
			trace_back_n(i, j + 1, n, file);    //if can,recur to next place
		}
}

遍历所有可能的数字，首先检查生成的数独是否足够，如果足够就返回，不足够就检查当前数字能否插入位置(i,j)，如果能就插入然后继续递归。

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Part6:PSP表

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	20
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	5	5
Development	开发	60	60
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	180	480
· Design Spec	· 生成设计文档	30	20
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	0	0
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	5	0
· Design	· 具体设计	60	120
· Coding	· 具体编码	120	180
· Code Review	· 代码复审	60	180
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	60
Reporting	报告	30	30
· Test Report	· 测试报告	30	30
· Size Measurement	· 计算工作量	5	5
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
Total	合计	705	1220

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Part7:总结

由于我之前没有学过C++，所以这次在技术学习上花费了很多时间，导致最后没有太多的时间来coding，所以个人觉得这次代码的质量并不太好。
不过这次也有很多收获，能初步运用C++、学了VS这个超强大IDE。