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李俊良
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js回溯算法解决数独问题

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直接上代码

代码里面注释很清晰

传说中的最难数组大概是在20ms左右解决


/**

 * 数独算法

 */



class Sudoku {



    constructor({

        display = false,

        sudokuMap = []

    }) {



        // 是否展示算法过程

        this.display = display;



        // 原始数独数组

        this.sudokuMap = sudokuMap;



        // 回溯数组

        this.stacks = [];



        // 是否已经解答完成

        this.resolved = false;



        this.allTimes = 0; // 所有的循环次数统计

        this.dataMap = new Map();

        console.time('init:time');

        this.init();

        console.timeEnd('init:time');

        this.testRuleTimes = {

            ok: 0,

            fail: 0,

        };

        this.currentOrder = 0 ;

    }



    /**

     * 初始化确定每个可填写的格子可以的填入的数值,做成一个MAP

     */

    init() {

        let exsitTimes = {};

        for(let i = 0 ; i < 9 ; i++ ) {

            for(let j = 0 ; j < 9; j ++) {

                this.allTimes++;

                let node = this.sudokuMap[i][j];

                if(node === 0) {

                    this.testMayFill(i, j);

                }else{

                    // 记录每个数字出现的次数

                    exsitTimes[node] ? exsitTimes[node]++ : exsitTimes[node]=1;

                }

            }

        }



        // 进行一次可填入数字的排序

        // 回溯的时候找下一个节点的时候从小到大进行搜索



        let data = [];

        for(let [key, value] of this.dataMap) {

            this.allTimes++;

            data.push({

                x: parseInt(key.split('-')[0]),

                y: parseInt(key.split('-')[1]),

                value: value,

                // value: value.sort((a, b) => {

                //     exsitTimes[a] - exsitTimes[b] > 0 ? 1:-1;

                // })

            })

        }

        //

        // data.sort(function(a , b) {

        //     return a.value.length > b.value.length ? 1 : -1;

        // })

        //

        // data.reverse();



        this.orders = data;



    }



    /**

     * 设置当前格子可能填入的值

     */

    testMayFill(x, y) {

        let mayFillNumber = new Set([1,2,3,4,5,6,7,8,9]);



        // 横向查找

        for (let i = 0; i < 9; i++) {

            this.allTimes++;

            let node = this.sudokuMap[i][y];

            if (mayFillNumber.has(node)) {

                mayFillNumber.delete(node);

            }

        }



        // 纵向查找

        for (let i = 0; i < 9; i++) {

            this.allTimes++;

            let node = this.sudokuMap[x][i];



            if (mayFillNumber.has(node)) {

                mayFillNumber.delete(node);

            }

        }





        /* x为n所在的小九宫格左顶点竖坐标 */

        let startX = Math.floor(x / 3) * 3;



        /* y为n所在的小九宫格左顶点横坐标 */

        let startY  = Math.floor(y / 3) * 3;





        /* 判断n所在的小九宫格是否合法 */

        for (let i = startX; i < startX + 3; i++)

        {

            for (let j = startY; j < startY + 3; j++)

            {

                this.allTimes++;

                let node = this.sudokuMap[i][j];

                if (mayFillNumber.has(node)) {

                    mayFillNumber.delete(node);

                }

            }

        }





        this.dataMap.set(`${x}-${y}`, [...mayFillNumber]);

    }



    /**

     * 如果某一个方格填写的测试数据能够经过校验

     * 就寻找到一下个需要填写数的方格

     * 这个方格的不能已经填写过数字

     * 找到这个方格的坐标返回

     */

    getNextPoint() {

        let currentStack = this.stacks[this.stacks.length - 1];

        let ret = {

            x: -1,

            y: -1,

            value: 1,

        }



        this.currentOrder++;



        let nextValue = this.orders[this.currentOrder];

        if(!nextValue) {

            this.resolved = true;

            return ret;

            // break;

        }

        ret.x = nextValue.x;

        ret.y = nextValue.y;

        ret.value = nextValue.value[0];



        return ret;

    }



    /**

     * 获取初始节点

     * 初始节点为第一个不为0的方格

     * 0 0 坐标节点上面可能已经填写了数字

     */

    getFirstPoint() {

        let ret = {

            x: this.orders[0].x,

            y: this.orders[0].y,

            value: this.orders[0].value[0],

        }

        return ret;

    }



    /**

     * 程序入口

     * 开始执行

     */

    start() {

        let s = new Date();



        // 清空命令行

        let {

            resolved: resolved,

            stacks: stacks

        } = this;

        if(this.display) {

            process.stdout.cursorTo(0, 0);

            process.stdout.clearScreenDown();

        }



        // 如果记录填写数字的历史表为空,直接找第一个可以填写的方格填入

        //

        stacks.push(this.getFirstPoint());

        while (resolved === false) {

            let cStack = stacks[stacks.length - 1];



            if (this.display) {

                process.stdout.cursorTo(0,0);

                console.log(this.sudokuMap);

                console.log('已经填入数量',stacks.length);

                console.log(`当前耗时${new Date()-s}ms`);

            }



            /**

             * 结束判断

             * 如果获取不到需要填写的方格

             * 说明已经全部填写完成

             */

            if (cStack.x === -1 && cStack.y === -1) {

                resolved = true;

                console.log(this.sudokuMap);

                console.log('已经填入数量',stacks.length);

                console.log(`当前耗时${new Date()-s}ms`);

                console.log(this.testRuleTimes);

                console.log('所有For循环次数',this.allTimes);

                return this;

            }



            let valid = this.testRules(cStack);



            if (valid) {

                /**

                 * 填写的数字满足校验

                 * 先设置数独数组的值为当前测试的值

                 * 然后寻找下一个方格

                 */

                this.sudokuMap[cStack.x][cStack.y] = cStack.value;

                stacks.push(this.getNextPoint());

            } else {

                /**

                 * 如果校验不通过

                 * 将当前方格的测试数据清空

                 *

                 * 在当前格子进行测试别的值

                 * 从1到9依次测试

                 * 如果全部失败

                 * 回溯到上一级

                 *

                 */

                //this.sudokuMap[cStack.x][cStack.y] = 0;

                // console.log(stacks);

                this.rollback();

            }

        };

    }



    /**

     * 回退

     * 取出数组最后一次填入的数据

     * 1、如果当前位置是起始位置

     * 并且值小于9

     * 直接给这个值+1,并且推进堆栈数组中

     * 2、如果不是起始位置

     *  2.1 判定数值是否小于9,如果小于9直接进行+1并且推入堆栈进行计算

     *  2.2 如果已经是9了,等于说这个格子填写任何数都不合适,所以需要继续回溯到上一个步骤

     */

    rollback() {



        let {

            stacks, dataMap

        } = this;



        let currentStack = stacks.pop();





        this.sudokuMap[currentStack.x][currentStack.y] = 0;



        let cOrder = this.orders[this.currentOrder];



        if(currentStack.value === cOrder.value[cOrder.value.length-1]) {

            this.currentOrder--;

            this.rollback()

        }else{

            let orderIndex = cOrder.value.indexOf(currentStack.value);

            currentStack.value = cOrder.value[orderIndex+1];

            stacks.push(currentStack);

        }

    }



    /**

     * 判断填入的数值是否满足数独规则

     * 1、横向扫描,当前填入的数字是否有重复

     * 2、纵向扫描,当前填入的数字是否有重复

     * 3、扫描当前格子所在的3X3的小格子中是否有重复数字

     */

    testRules(stack) {

        let {

            x: x,

            y: y,

            value: val

        } = stack;

        let ret = true;



        let found = false;

        for(let i = 0 ; i < 9 ; i++) {

            this.allTimes++;

            let node = this.sudokuMap[i][y];

            if (node === val) {

                this.testRuleTimes.fail++;

                return false;

            }

        }



        for(let j = 0 ; j < 9 ; j++) {

            this.allTimes++;

            let node = this.sudokuMap[x][j];

            if (node === val) {

                this.testRuleTimes.fail++;

                return false;

            }

        }





        /* x为n所在的小九宫格左顶点竖坐标 */

        let startX = Math.floor(x / 3) * 3;



        /* y为n所在的小九宫格左顶点横坐标 */

        let startY  = Math.floor(y / 3) * 3;





        /* 判断n所在的小九宫格是否合法 */

        for (let i = startX; i < startX + 3; i++)

        {

            for (let j = startY; j < startY + 3; j++)

            {

                this.allTimes++;

                let node = this.sudokuMap[i][j];

                if (node === val) {

                    this.testRuleTimes.fail++;

                    return false;

                }

            }

        }



        if(ret) {

            this.testRuleTimes.ok++;

        }else{

            this.testRuleTimes.fail++;

        }



        return ret;

    }



}



module.exports = Sudoku;

 

 

调用方法

let maps = {

    easy: [

        [ 0 , 1 ,0 , 0 ,0, 0 ,  7 , 0 , 0 ],

        [ 5 ,0 ,0 , 0 , 7,  3 , 0 , 0 , 0 ],

        [0 ,0 ,0 ,  9 , 2,  8 , 0 , 0 ,  5 ],

        [0 ,0 , 3 , 0 , 4, 0 , 0 ,  8 ,  6 ],

        [0 , 9 ,0 , 0 ,0, 0 , 0 , 0 ,  4 ],

        [0 , 2 ,0 , 0 ,0, 0 ,  9 , 0 ,  7 ],

        [0 , 8 ,0 , 0 ,0,  2 , 0 , 0 ,  1 ],

        [ 9 ,0 , 6 , 0 ,0, 0 , 0 , 0 ,  3 ],

        [0 ,0 ,0 , 0 ,0, 0 , 0 ,  6 , 0 ]

    ],

    normal: [

    	[0 , 0 ,0 , 0 ,0, 0 ,  2 , 0 , 0 ,],

    	[0 ,  9 , 8 , 0 ,0, 0 ,  4 , 0 , 0 ,],

    	[ 4 , 0 ,0 , 0 , 2, 0 ,  3 , 0 , 0 ,],

    	[0 ,  4 ,0 ,  9 ,0, 0 , 0 , 0 ,  6 ,],

    	[ 5 , 0 ,0 ,  1 ,0, 0 ,  7 ,  3 , 0 ,],

    	[0 , 0 ,0 , 0 ,0,  6 , 0 ,  5 , 0 ,],

    	[ 9 ,  8 , 4 , 0 ,0,  1 ,  6 , 0 , 0 ,],

    	[0 , 0 ,0 , 0 ,0,  4 , 0 , 0 ,  3 ,],

    	[0 ,  2 ,0 , 0 , 9, 0 ,  1 , 0 , 0 ,],

    ],

    hard: [

        [ 0 , 0 ,5 , 3 ,0, 0 , 0 , 0 , 0 ],

        [ 8 , 0 ,0 , 0 ,0, 0 , 0 , 2 , 0 ],

        [ 0 , 7 ,0 , 0 ,1, 0 , 5 , 0 , 0 ],

        [ 4 , 0 ,0 , 0 ,0, 5 , 3 , 0 , 0 ],

        [ 0 , 1 ,0 , 0 ,7, 0 , 0 , 0 , 6 ],

        [ 0 , 0 ,3 , 2 ,0, 0 , 0 , 8 , 0 ],

        [ 0 , 6 ,0 , 5 ,0, 0 , 0 , 0 , 9 ],

        [ 0 , 0 ,4 , 0 ,0, 0 , 0 , 3 , 0 ],

        [ 0 , 0 ,0 , 0 ,0, 9 , 7 , 0 , 0 ],

    ],

    hard1: [

        [8,0,0,0,0,0,0,0,0],

        [0,0,3,6,0,0,0,0,0],

		[0,7,0,0,9,0,2,0,0],

		[0,5,0,0,0,7,0,0,0],

		[0,0,0,0,4,5,7,0,0],

		[0,0,0,1,0,0,0,3,0],

		[0,0,1,0,0,0,0,6,8],

		[0,0,8,5,0,0,0,1,0],

		[0,9,0,0,0,0,4,0,0]

    ]

}

for(let map in maps) {

    let sdk = new Sudoku({

        display: false, // 是否打印过程,打印的速度慢很多

        sudokuMap: maps[map],

    }).start();

}

 

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    数独检查WinJS 这是我们可以在浏览器中玩的数独游戏的前端实现。 可以根据您所需的难度级别随机生成拼图。 有一种算法可以为屏幕上的给定难题生成解决方案。 这允许提示(填充一个正方形... 该算法使用回溯来解决难题。

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