软件工程基础-个人项目-数独

任务：实现一个能够生成数独局并且能求解数独问题的控制台程序。

1、GitHub：https://github.com/MiaoZhou48/SoftwareEngineeringProject

2、时间耗费

PSD2.1	Personnal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	40	40
.Estimate	.估计这个任务需要多长时间
Development	开发	150	120
.Analysis	.需求分析（包括学习新技术）	180	200
.Design Spec	.生成设计文档	150	150
.Design Review	.设计复审（和同事审核设计文档）	60	60
.Coding Standard	.代码规范（为目前的开发制定合适的规范）	60	60
.Design	具体设计	80	80
.Coding	.具体编码	1600	1800
.Code Review	.代码复审	100	150
.Test	.测试（自我测试，修改代码，提交修改）	200	250
Reporting	报告	120	150
.Test Report	.测试报告	80	100
.Size Measurement	.计算工作量	40	30
.Postmortem & Process Improvement Plan	.事后总结，并提出过程改进计划	50	40
	合计	2910	3190

 

3、解题思路：

　　此项目可以细分为两个功能：生成数独、解数独。

　　生成数独我考虑采用的是回溯的方法，对残缺数独不断求解，从而得到相应数量的完善的数独。

　　确定好方法之后便是漫长的学习之路，参考了相应的回溯算法的博客以及其他算法的数独生成博客。

　　在学习过程中也见识到了很多新的思路生成数独，比如说对一个已经合理的数独进行变换，然后判断其在变换之后是否依然是符合数独规范。通过这种方式生成数独，首先会保证结果的互异性，其次相比于回溯不需要大量的计算，节省了大量的时间。

　　但是由于已经开始用回溯算法写了，所以之后的改进阶段会再尝试一下敢变思路。

4、设计实现过程

　　程序主体是3个函数

　　judge（）：解数独函数中用此函数判断回溯条件。

　　solve（）：具体的解函数本体。

　　construct（）：构建函数。

　　封装成函数有利于代码的复用，与此同时提升了程序的简洁性和可读性。

　　函数逻辑说明：

　　生成数独函数construct（）：首先进入函数判断目前生成的数独是否数量达标，若符合标准则结束函数体，否则进入下一步。下一步判断一下1-9个数字是否经过遍历数字全排列完，若是则跳到行间的全排列判断，若行全排完就结束函数体，否则改变行的排列顺序再初始化数排列进行终局输出。若判断数字全排未完，就改变数字的顺序再进行终局生成。也就是两个嵌套的判断，数字全排和行数组的全排。

　　解数独函数solve（）：解数独首先加一个判断条件，看是否已经生成了需求规定的9x9数独，若是输出数独并结束；否则进行递归：利用judge函数判断防止条件，能放就放并进入下一层递归，不能就回溯到上一层遍历到下一个数再进行递归，最终递归结束返回最初的判断，进行数独输出。

　　其实思路很简单但是实际运行的话，若给定的数独数量是1000000或更大跑的时间差不多是在20s，所以还是有待提升的。

5、性能改进及思路

　　测试程序的时候，同学建议我优化一下数字的输出，construct函数其实是最耗时的，所以优化也是从这里着手。

　　之前使用的printf输出格式，但其实putchar（）这种以字符形式输出会更节省时间，所以我替换了之前的printf输出方式，结果生成时间减少到了7s左右，相较之前的20多秒提升了很多。

　　性能测试：

　　这是输入为1000000时的性能情况

　　

　　

6、代码说明（思路解释+注释说明）

　　旁边的小铭同学提供给我一种非常好的思路：就是对任意的一个终局数独，任意交换1-3、4-6、7-9行的顺序得到的依然是满足需求的数独，这也就弥补了8！=40320远远小于1000000这样的大数字的尴尬境地。

　　

　　下面是具体的construct（）函数代码

　　

void construct(int n)
{
    int count = 0;
    int trans[10] = { 0, 0, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 7, 8 };
    int    Temp_column;
    char fn[10] = { '9','7','1','2','3','4','5','6','8','9' };
    if (count < n)
    {
        for (int a = 0; a < 6; a++)
        {
            if (count == n)
                break;
            if (a)
                next_permutation(trans + 4, trans + 6);
            for (int b = 0; b < 6; b++)
            {
                if (b)
                    next_permutation(trans + 7, trans + 9);
                int t = 0; 
                char kong = ' ';
                do{
                    if (t)
                        next_permutation(fn + 2, fn + 9);
                    for (int i = 1; i <= 9; i++)
                    {
                        for (int j = 1; j <= 9; j++)
                        {
                            if (j - trans[i] >= 0)
                                Temp_column = j - trans[i];
                            else 
                                Temp_column = j - trans[i] + 9;
                            putchar(fn[Temp_column % 9]);
                            if (j < 9)
                                printf(" ");
                        }
                        printf("\n");
                    }
                    count++; 
                    t++;
                    if (count == n)
                        break;
                    else
                        printf("\n");
                } while (t<40320);
                if (count == n)
                    break;
            }
        }
    }
}

　　

　　下面是具体的solve（）函数代码

　　

void solve()//解数独
{
    judge(1, 1);
    int flag = 0,countcolumn[10] = { 0 };
    for (int i = 1; i <= 9; i++)
    {
        int counts[10] = { 0 };
        for (int j = 1; j <= 9; j++)
        {
            if (!Tdarray[i][j])
            {
                flag = 1;
                break;
            }
            else
            {
                if (j == 1) 
                    countcolumn[Tdarray[i][j]]++;
                counts[Tdarray[i][j]]++;
                if (counts[Tdarray[i][j]] > 1 || countcolumn[Tdarray[i][j]] > 1)
                {
                    flag = 1;
                    break;
                }
            }
        }
        if (flag)
        {
            cout << "解数独失败" << "";
            break;
        }
    }
    if (!flag)
    {
        for (int i = 1; i <= 9; i++)
        {
            for (int j = 1; j <= 9; j++)
            {
                putchar(Tdarray[i][j]);
                if (j < 9)
                    putchar(' ');
            }
            if (i < 9)
                putchar('\n');
        }
    }

}

　　解数独就是要有一个判断函数judge（）用来在遍历的阶段看是否能够发放置这个数，思路就是回溯法~

7、实际耗时

　　具体的时间消耗见最上方的表格。