软件工程2019第三次作业
Github项目地址：https://github.com/wym990806/031702425
前言
第一次编程作业，跟自己以往大一大二所要完成的东西根本就不是一个量级的。在看到这个题目之后，我已经有了一个基本的想法，只是怎么去实现的问题。真正阻止我及时完成这一次作业的反而是一些代码以外的，比如Git的使用、命令行传入参数、性能分析、单元测试等等。这些都是我之前没有接触过的，着实伤脑筋。
1、PSP表格
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 45 | 45 |
| Estimate | 估计这个任务需要多少时间 | 15 | 15 |
| Development | 开发 | 300 | 360 |
| Analysis | 需求分析 (包括学习新技术) | 180 | 240 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 100 | 80 |
| Design Review | 设计复审 | 120 | 100 |
| Coding Standard | 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 100 | 80 |
| Design | 具体设计 | 200 | 220 |
| Coding | 具体编码 | 360 | 400 |
| Code Review | 代码复审 | 60 | 100 |
| Test | 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 100 | 120 |
| Reporting | 报告 | 60 | 60 |
| Test Repor | 测试报告 | 30 | 45 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 20 | 15 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 事后总结, 并提出过程改进计划 | 30 | 45 |
| 合计 | 1720 | 1945 |
2、解题思路
当入手数独这道题目的时候，我就已经决定好自己的初方案了，那就是采取深搜对整个盘面进行递归遍历。若给出的数独盘面有解，则此方法必定可以找出一解，但是该方法是无视其余格的可能性，直接从第一个格子开始操作，这就可能导致最坏情况下,需要从第一个格子递归到最后一个格子9次（第一个格子只能填9的情况下）。
3、几个主要函数
①、legal函数（合法性检测）
数独填入数字的规则是使填入数字在每一行、每一列还有每一宫上仅出现一次。下面给出一张图来更加直观地表示。
设计一个legal函数通过遍历当前格所在行、列、宫已经有的数字来判断填入该数是否合法。
/*legal合法性函数检测输入数字是否符合数独的要求*/
/*满足输入的数字在所在行以及所在列中仅出现一次*/
/*若宫格阶数为4689，则还需判断输入数字在所在宫中仅出现一次*/
/*输入参数分别为行、列、需判断的输入数字*/
bool legal(int i, int j, int x) {
/*行合法性检测*/
for (int b = 1; b <= m; b++) {
if (x == disksurface[i][b])
return false;
}
/*列合法性检测*/
for (int a = 1; a <= m; a++) {
if (x == disksurface[a][j])
return false;
}
/*若该阶数存在宫，宫合法性检测*/
if (m == 4 || m == 6 || m == 8 || m == 9) {
int interval_i, interval_j;
int begin_i, begin_j;
/*由于阶数的不同，每个宫所占的行列数也不相同*/
switch (m)
{
case 4:
interval_i = 2;
interval_j = 2;
break;
case 6:
interval_i = 2;
interval_j = 3;
break;
case 8:
interval_i = 4;
interval_j = 2;
break;
case 9:
interval_i = 3;
interval_j = 3;
break;
}
begin_i = ((i - 1) / interval_i)*interval_i + 1;
begin_j = ((j - 1) / interval_j)*interval_j + 1;
for (int a = begin_i; a < begin_i + interval_i; a++) {
for (int b = begin_j; b < begin_j + interval_j; b++) {
if (x == disksurface[a][b])
return false;
}
}
}
return true;
}
②DFS深搜算法
核心算法大概流程由以下流程图展示
算法主要思想：从第一格开始进行深搜，若深搜到最后一格，且当前格已经有数字的话，说明当前数独盘已经填写完毕，有解。若当前格数字为0，说明未填入数字，设置一个x，从1至m（设定阶数)进行合法性判断，合法地继续深搜下一格，若下一格无可填入数字，就当当前格清零，继续判断x的循环。这样循环到最后，若给定数独有解，必定可以给出一解。
/*以深度优先算法计算数独*/
bool DFS(int a, int b) {
while (disksurface[a][b] != 0) {
if (a == m && b == m) {
return true;
}
/*对于当前位置的判断，若处于行末，则行加一，列置为一，否则列加一*/
else if (b == m) {
a++;
b = 1;
}
else {
b++;
}
}
for (int x = 1; x <= m; x++) {
if (legal(a, b, x)) {
disksurface[a][b] = x;
if (DFS(a, b)) {
return true;
}
/*若执行到这边，说明下一格无可填入数字，将当前格清0，继续判断X*/
disksurface[a][b] = 0;
}
}
return false;
}
③程序代码
/*输入文件名以命令行参数传入。*/
/*Sudoku.exe -m 9 -n 2 -i input.txt -o output.txt*/
/*m宫格阶数，n待解答盘面数，i输入文件，o输出文件*/
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
/*全局变量*/
int m; /*宫格阶数*/
int disksurface[10][10];/*宫格盘面，题设最大为九宫格*/
/*若待解盘面不唯一时，需要多次使用disksurface，进行重置操作*/
void reset() {
for (int i = 1; i <= m; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
disksurface[i][j] = 0; /*盘面上所有数重置为0，即未输入状态*/
}
}
}
/*legal合法性函数检测输入数字是否符合数独的要求*/
/*满足输入的数字在所在行以及所在列中仅出现一次*/
/*若宫格阶数为4689，则还需判断输入数字在所在宫中仅出现一次*/
/*输入参数分别为行、列、需判断的输入数字*/
bool legal(int i, int j, int x) {
/*行合法性检测*/
for (int b = 1; b <= m; b++) {
if (x == disksurface[i][b])
return false;
}
/*列合法性检测*/
for (int a = 1; a <= m; a++) {
if (x == disksurface[a][j])
return false;
}
/*若该阶数存在宫，宫合法性检测*/
if (m == 4 || m == 6 || m == 8 || m == 9) {
int interval_i, interval_j;
int begin_i, begin_j;
switch (m)
{
case 4:
interval_i = 2;
interval_j = 2;
break;
case 6:
interval_i = 2;
interval_j = 3;
break;
case 8:
interval_i = 4;
interval_j = 2;
break;
case 9:
interval_i = 3;
interval_j = 3;
break;
}
begin_i = ((i - 1) / interval_i)*interval_i + 1;
begin_j = ((j - 1) / interval_j)*interval_j + 1;
for (int a = begin_i; a < begin_i + interval_i; a++) {
for (int b = begin_j; b < begin_j + interval_j; b++) {
if (x == disksurface[a][b])
return false;
}
}
}
return true;
}
/*以深度优先算法计算数独*/
bool DFS(int a, int b) {
while (disksurface[a][b] != 0) {
if (a == m && b == m) {
return true;
}
else if (b == m) {
a++;
b = 1;
}
else {
b++;
}
}
for (int x = 1; x <= m; x++) {
if (legal(a, b, x)) {
disksurface[a][b] = x;
if (DFS(a, b)) {
return true;
}
disksurface[a][b] = 0;
}
}
return false;
}
int main(int argc, char * argv[]) {
int n; /*待解答盘面数*/
FILE *input;
FILE *output;
/*由于argv[0]固定为程序名，输入第一个参数为argv[1]，以此类推*/
m = atoi(argv[2]);
n = atoi(argv[4]);
/*以只读方式打开input文档*/
input = fopen("input.txt", "r");
if (input == NULL) {
return -1;
}
output = fopen("output.txt", "w");
if (output == NULL) {
return -1;
}
fclose(output);
while (n > 0) {
reset(); /*执行写入操作前重置盘面*/
/*输入盘面*/
for (int i = 1; i <= m; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
/*fscanf()函数，从一个流中输入，遇到空格或者换行时结束*/
/*若使用fscanf会报警告，故更改为fscanf_s*/
fscanf_s(input, "%d", &disksurface[i][j]);
}
}
DFS(1, 1);
/*以追写方式打开output文档*/
output = fopen("output.txt", "a");
if (output == NULL) {
return -1;
}
/*将按输入文档格式将盘面数据写入*/
for (int i = 1; i <= m; i++) {
fprintf(output, "%d", disksurface[i][1]);
for (int j = 2; j <= m; j++) {
fprintf(output, " ");
fprintf(output, "%d", disksurface[i][j]);
}
fprintf(output, "\n");
}
fprintf(output, "\n");
n--;
fclose(output);
}
fclose(input);
return 0;
}
④测试
以下给出一些测试用例。其中三-八宫格各5例，九宫格10例。
4、Code Quality Analysis工具分析
当使用fscanf函数时，vs会报警告
然而使用fscanf_s函数时并不会。
5、程序代码改进
深搜算法虽然可以给出一解，占用可能会系统过多的资源，且别一次都从第一格开始深搜，不考虑格子的可能性，会造成多余的时间浪费。改进措施：加入一个结构体，记录每一个格子可填入的数字以及合法的数字个数，这样进行深搜是时，从可能性最少的格子开始，每次都对可能性最少的格子继续深搜。这样可以有效减少程序花费的时间。
具体代码还未实现，存在bug未剔除，故不放出，debug结束后会在此进行修改添加。
5、解决（？）作业后的感想总结
在看到第一次代码作业前，有设想过会完成得很困难，但真正看到题目、真正开始做之后才更让我感觉到无从下手、举步维艰。PSP表格是什么，其中各项内容代表了什么，有些事项自己以前都没有做过，要怎么开展？Code Quality Analysis工具是什么，在哪使用，该怎么用？性能分析工具Studio Profiling Tools又该怎么用，怎样从中找出自己程序的瓶颈？如何使用Github？怎样编写单元测试代码？如何将文件名以命令行参数传入？等等问题。其中有些在作业完成过程中基本学会了，还有些至今还未学会（作业截止后仍会继续学习）。总而言之，通过这一次作业，深刻理解到软件工程实践与以往代码课的不同。接下来的第一次结队编程作业，为了不拖队友的后腿，我会尽力跟上队友的节奏，学习新的知识，尽可能地利用空闲时间去提升自己。
（还是自己大一大二不争气，不说了，学习使我快乐）
