探究解数独问题

简介: 探究解数独问题

本篇简介:
本篇文章基于leetcode的解数独问题展开讨论;通过对36有效数独的判断的基础下利用递归,结合剪枝回溯完成对本题解答。

一·解数独原题:

leetcode链接:37. 解数独 - 力扣(LeetCode)

在做这道题之前相比大家看到“困难”的flag就被吓到了;但是如何结合上一道也就是判断有效数独的灵活思路;其实仔细一想也不算困难。

因此做解数独之前我们先把如何用巧方法判断数独是否有效:

下面就是leetcode的36题了:

链接:36. 有效的数独 - 力扣(LeetCode)

关键就是三个条件:

数字 1-9 在每一行只能出现一次。
数字 1-9 在每一列只能出现一次。
数字 1-9 在每一个以粗实线分隔的 3x3 宫内只能出现一次。
下面我们画图解释一下:

这里我们当遍历这个二维数组某个位置,则需要根据这三个条件判断是否合适;因此这里创建三个bool数组:来分别帮我们判断某行是否存在某个数;某列是否存在某个数;某个3*3的方格是否存在某个数。

bool row[9][10]={false};//某行是否存在1-9

bool col[9][10]={false};//某列是否存在1-9

bool grid[3][3][10]={false};//某个小方块是否存在1-9

这里第二个下标也可以是0-9;只需要调整一下映射位置;这里设置为10方便直接映射。

也许会说这里涉及的很巧妙?

这里的题确实类似之前做过的N皇后的题型,都是自己设计bool数组完成对条件是否满足的判断。

这里只不过多了个对是否小方格内出现多了一个三维的bool类型check数组(这里也不难发现下标对应除3就是对应所在小方格的下标了)

下面就可以解答了:

class Solution {
public:
//思路:确立好检查行列以及小方块的三个bool数组;遍历它去判断即可.
//检查是否出现不符合的三种情况:
bool row[9][10]={false};//某行是否存在1-9;
bool col[9][10]={false};//某列是否存在1-9
bool grid[3][3][10]={false};//某个小方块是否存在1-9
bool isValidSudoku(vector>& b) {
for(int i=0;i<9;i++){
for(int j=0;j<9;j++){
if(b[i][j]=='.') continue;
int num=b[i][j]-'0';
if(row[i][num]||col[j][num]||grid[i/3][j/3][num]) return false;
row[i][num]=col[j][num]=grid[i/3][j/3][num]=true;
}
}
return true;
}
};

由判断有效数独的小总结:这里个人认为关键还是判断三个条件,因此巧妙就在于设计的那三个check数组了 。

二·解数独的思路:
此时我们有了上面所述判断是否符合数独的基础;这道题便用到了,简单来说;再结合上我们做过的决策树系列的题的解法思路:画树->分析如何递归->确立好函数的返回值参数类型->处理好递归出口,回溯,剪枝等。 下面我们就就题分析一下:

目标 :

不过首先它可能是有已经填好的数字的故我们需要给那三个check 的bool数组初始化一下,以防之后填充出现错误:

for(int i=0;i<9;i++){//把bool数组初始化;也就是已经被填充的给它在bool数组标记上
for(int j=0;j<9;j++){
if(board[i][j]!='.')
row[i][board[i][j]-'0']=col[j][board[i][j]-'0']=grid[i/3][j/3][board[i][j]-'0']=true;
}
}
但是这里如果完整的画出决策树过于麻烦,就草图一下吧:

这里个人觉得:除了上面所说的三个check数组外,其次比较注意的就是这三个返回值的位置的设计了;把握好这点,其次就是处理好的剪枝和回溯的细节问题;这道题问题也就不大了。

三·代码解答:
class Solution {
public:
bool row[9][10]={false};//某行是否存在1-9;
bool col[9][10]={false};//某列是否存在1-9
bool grid[3][3][10]={false};//某个小方块是否存在1-9

void solveSudoku(vector<vector<char>>& board) {
    for(int i=0;i<9;i++){//把bool数组初始化;也就是已经被填充的给它在bool数组标记上
        for(int j=0;j<9;j++){
            if(board[i][j]!='.')
             row[i][board[i][j]-'0']=col[j][board[i][j]-'0']=grid[i/3][j/3][board[i][j]-'0']=true;
        }
    }
    dfs( board);
}
//这里bool数组需要返回值为方便我们知道最后的情况是否是合适的:要么都填满要么填到某个位置发现1-9都不合适了此时对应返回true和false
bool dfs(vector<vector<char>>& board){
   for(int i=0;i<9;i++){
    for(int j=0;j<9;j++){
        //找到是'.'开始填充
        if(board[i][j]=='.'){
            for(int num=1;num<=9;num++){
             if(!row[i][num]&&!col[j][num]&&!grid[i/3][j/3][num]){
                board[i][j]=num+'0';
                row[i][num]=col[j][num]=grid[i/3][j/3][num]=true;
                //剪枝:
                if(dfs(board)) return true;//这里对应的是如果dfs返回的true那么直接一层层往上传
                else {
                    //当前位置填充这个数不合适恢复现场,重新从1-9选择:
                    board[i][j]='.';
                     row[i][num]=col[j][num]=grid[i/3][j/3][num]=false;
                }

             }
            }
            return false;//到最后无法选择1-9中合适的数填充
        }
    }
   }
   return true;//假设完全填完后,没有'.'则此时就应该一层层向上告诉完成了true
}

};

个人小结:
对于做了很多决策树类型的题;可以发现好多题目都会用到了bool类型的check数组完成对要求检查,以及在数组里面标记,为了后面像剪枝回溯等操作的进行,这些关键还是要处理好。

一般步骤:读懂题意->画出决策树->分析如何递归,怎么递归到下一层(这些条件方便些dfs函数体,以及剪枝,回溯的处理)->直接到最后一次递归的情况分析处递归出口->涉及好函数体以及需要参数,返回类型等。

                          欢迎大家阅读,如有不足之处欢迎留言指出,感谢支持!!! 
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