数独求解----回溯递归,无脑枚举版

本文介绍了一种使用回溯递归算法解决数独问题的方法。程序通过读取sudo_input文件来设置数独游戏,并通过无脑枚举进行求解。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>


#define LENGTH 9


int answer = 0;


void printSudo(int array[][LENGTH]) {
    printf("\n\n");
    int i, j;
    for (i = 0; i < LENGTH; i++) {
        if ((i + 1) % 3 == 0)
            printf("\n\n");
        for (j = 0; j< LENGTH; j++) {
            if ((j + 1) % 3 == 0)
                printf("\t");
            printf("%d  ", array[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    exit(0);
}
void initSudoArray(int array[][LENGTH]) {
    int i, j;
    FILE *fp;

    if ((fp = fopen("sudo_input", "r")) == NULL) {
        printf("File open failed !\n");
        exit(-1);
    }

    for (i = 0; i < LENGTH; i++) {
        for (j = 0; j < LENGTH; j++) {
            fscanf(fp, "%d", &array[i][j]);
        }
    }
    
    fclose(fp);
}


int checkSudo(int array[][LENGTH], int i, int j, int testVal) {
    int row, col;
    printf("checkSudo for [%d][%d] testVal = %d\n", i, j, testVal);

    // fixed to col j, check for the rows
    for (row = 0; row < LENGTH; row++) {
        printf("check for rows! [%d][%d]  = %d\n", row, j, array[row][j]);
        if (array[row][j] == testVal)
            return 0;
    }


    // fixed to row i, check for cols
    for (col = 0; col < LENGTH; col++) {
        printf("check for cols! [%d][%d] = %d\n", i, col, array[i][col]);
        if (array[i][col] == testVal)
            return 0;
    }


    //check for the sub-square
    int row_subSquare = (i / 3) * 3;
    int col_subSquare = (j / 3) * 3;


    printf("[%d][%d]\n", row, col);
    for (row = row_subSquare; row < row_subSquare + 3; row++) {
        for (col = col_subSquare; col < col_subSquare + 3; col++) {
            printf("check for sub-square! [%d][%d] = %d\n", row, col, array[row][col]);
            if (array[row][col] == testVal)
                return 0;
        }
    }


    return 1;    
}


// length is the plane index of the sudo array
void sudo_solve(int array[][LENGTH], int length) {
    // i for rows, j for cols
    int i, j;


    int testVal;
    int tempArray[LENGTH][LENGTH];


    //dump the array to tempArray
    for (i = 0; i < LENGTH; i++) {
        for (j = 0; j < LENGTH; j++)
            tempArray[i][j] = array[i][j];
    }


    i = length / LENGTH;
    j = length % LENGTH;


    printf("array[%d][%d] = %d", i, j, array[i][j]);
    if (array[i][j] != 0) {
    // there is a val in the slot array[i][j]
        if (length == 80)
            printSudo(tempArray);
        else
            sudo_solve(tempArray, length + 1);
    } else {
    // there is no val in the slot array[i][j]
        for (testVal = 1; testVal <= LENGTH; testVal++) {
            if (checkSudo(tempArray, i, j, testVal) != 0) {

                tempArray[i][j] = testVal;

                if (length == 80)
                    printSudo(tempArray);
                else 
                    sudo_solve(tempArray, length + 1);
                
                tempArray[i][j] = 0;
            }
        }
    }
}


int main(void) {


    int array[LENGTH][LENGTH];
    initSudoArray(array);

    sudo_solve(array, 0);

    if (answer == 0)
        printf("There is no answer for this sudo!");

    return 0; 


}

程序会去读一个 sudo_input文件来初始化这个sudo游戏,sudo_input文件型如


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 


注意下面的代码就是回溯递归求解


// there is no val in the slot array[i][j]
        for (testVal = 1; testVal <= LENGTH; testVal++) {
            if (checkSudo(tempArray, i, j, testVal) != 0) {

                tempArray[i][j] = testVal;

                if (length == 80)
                    printSudo(tempArray);
                else 
                    sudo_solve(tempArray, length + 1);
                
                tempArray[i][j] = 0;
            }
        }


<think>嗯,用户想了解数独求解算法中递归回溯的实现方式。首先,我需要回忆一下递归回溯的基本概念。递归就是函数自己调用自己,而回溯则是一种通过试错来寻找解决方案的方法,当发现当前路径无法得到解时,就回退一步,尝试其他可能。 接下来,数独的规则是每行、每列和每个3x3的小宫格内必须填入1-9且不重复。所以,算法需要填充空格,同时满足这三个条件。那递归回溯如何应用在这里呢?应该是逐个填充空格,尝试填入可能的数字,如果后续发现冲突,就回溯到上一个位置重新选择数字。 根据之前的引用资料,比如引用[4]提到回溯是一种优化后的暴力求解,通过剪枝加速。所以,在数独中,递归函数可能从第一个空格开始,尝试填入1-9中的一个数字,检查是否合法,如果合法就递归处理下一个空格。如果下一个空格无法填入任何数字,说明当前路径错误,回溯到上一个位置,尝试下一个可能的数字。 具体步骤可能是这样的:遍历数独的每个单元格,找到空格,尝试填入可能的数字,验证行、列、宫格是否冲突。如果没有冲突,递归处理下一个空格。如果所有数字都尝试过都不行,就回溯,恢复当前空格为未填状态,回到上一个位置继续尝试。 需要处理的关键点包括如何高效地找到空格,如何验证填入数字的合法性,以及递归终止条件。终止条件应该是所有空格都填满,这时就可以输出解了。 另外,引用[2]提到递归回溯数独很有效,可能因为数独的结构适合这种逐步试探的方法。而引用[3]的C语言实现也是用递归,说明这种方法的通用性。 可能需要注意的优化点,比如优先填充可能性少的空格,减少递归次数,但用户的问题是基本实现,所以可能不需要深入优化部分,先讲清楚基础实现。 所以,整个流程应该是:找到空格→尝试数字→验证→递归回溯。代码结构大致是递归函数,参数是当前数独状态,每次调用处理下一个空格,直到填满或无法继续时回溯。 然后,代码示例部分需要展示这个逻辑,比如用Python的话,可能有一个solve_sudoku函数,里面循环1-9,检查valid,然后递归调用,如果返回True则继续,否则重置单元格。 还需要考虑如何表示数独,可能用二维数组。验证函数需要检查行、列和宫格。宫格的检查可以通过确定起始行和列来计算。 总结起来,回答的结构应该是先讲算法思想,再分步骤解释,然后给出代码示例,最后相关问题。需要确保使用正确的中文术语,LaTeX公式正确,如行内用$...$,独立公式用$$...$$,但数独算法可能涉及较多代码和逻辑,数学公式可能较少,但如果有提到数学概念,比如组合可能,需要正确使用。</think>### 数独求解算法中的递归回溯实现方式 #### 一、算法思想 数独求解递归回溯算法通过**逐步填充空格**并验证合法性,遇到矛盾时回退(回溯)到上一步重新选择数字,直到所有空格被正确填充[^4]。核心步骤包括: 1. **寻找空格**:遍历数独网格,找到第一个未填充的单元格。 2. **尝试填入数字**:在空格中尝试填入$1$至$9$,满足**行、列、3×3宫格**无重复。 3. **递归回溯**:若当前数字合法,递归处理下一个空格;若后续步骤无解,则回溯到当前空格并尝试其他数字。 #### 二、实现步骤 1. **合法性检查** 验证数字是否满足数独规则: - **行检查**:当前行是否已存在该数字。 - **列检查**:当前列是否已存在该数字。 - **宫格检查**:所在3×3宫格是否已存在该数字。 ```python def is_valid(board, row, col, num): # 检查行 if num in board[row]: return False # 检查列 for i in range(9): if board[i][col] == num: return False # 检查3×3宫格 start_row, start_col = 3 * (row // 3), 3 * (col // 3) for i in range(3): for j in range(3): if board[start_row + i][start_col + j] == num: return False return True ``` 2. **递归回溯函数** 递归填充空格,若遇到矛盾则回溯: ```python def solve_sudoku(board): for i in range(9): for j in range(9): if board[i][j] == 0: # 找到空格 for num in range(1, 10): if is_valid(board, i, j, num): board[i][j] = num if solve_sudoku(board): # 递归处理下一个空格 return True board[i][j] = 0 # 回溯 return False # 所有数字均不合法,触发回溯 return True # 所有空格已填满 ``` 3. **终止条件** 当遍历完所有单元格且无空格时,返回成功(数独已解)。 #### 三、复杂度与优化 - **时间复杂度**:最坏情况下为$O(9^{n})$($n$为空格数量),但实际通过剪枝(合法性检查)大幅减少尝试次数[^2]。 - **优化策略**:优先填充**候选数最少**的空格(启发式搜索),减少递归深度[^4]。
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