三阶幻方

时限:1000ms 内存限制:10000K 总时限:3000ms

描述:

三阶幻方是最简单的幻方,又叫九宫格,是由1,2,3,4,5,6,7,8,9九个数字组成的一个三行三列的矩阵,其对角线、横行、纵向的的和都为15。

输入:

输出:

按字典序输出所有的满足条件的幻方矩阵,每两个数字之间带一个空格,行尾无空格,每个幻方后带一个空行。

输入样例:

输出样例:

code:

#include<iostream>
using namespace std;

int a[3][3],used[10];

void search(int m);
void output();
void testout();
int main()
{
	search(0);
	
	return(0);
}

void search(int m)
{
	int i;
	
	if(m==9)
	{
		testout();
	}
	else
	{
		for(i=1;i<=9;i++)
		{
			if(used[i]==0)
			{
				a[m/3][m%3]=i;
				used[i]=1;
				search(m+1);
				used[i]=0;
			}
		}
	}
}

void testout()
{
	int i,flag=1;
	
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		if(a[i][0]+a[i][1]+a[i][2]!=15)
		{
			flag=0;
			break;
		}
		
		if(a[0][i]+a[1][i]+a[2][i]!=15)
		{
			flag=0;
			break;
		}
		
	}
	
	if(flag==1)
	{
		if(a[0][0]+a[1][1]+a[2][2]!=15||a[0][2]+a[1][1]+a[2][0]!=15)
		{
			flag=0;
		}
	}
	
	if(flag==1) output();
}

void output()
{
	int i,j;
	
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		for(j=0;j<2;j++)
		{
			cout<<a[i][j]<<' ';
		}
		
		cout<<a[i][j]<<endl;
	}
	cout<<endl;
}

 

三阶幻方是一个 3×3 的矩阵,其中每行、每列以及两条对角线上的数字之和都相等,这个相等的和通常被称为幻和。在 NOJ 平台上解决三阶幻方问题,可通过不同的法实现。 ### 法一:暴力枚举法 此法会生成所有可能的 3×3 矩阵排列,然后逐一检查每行、每列和两条对角线上的数字之和是否相等。下面是用 Python 实现的代码示例: ```python from itertools import permutations # 生成 1 到 9 的所有排列 numbers = list(range(1, 10)) perms = permutations(numbers) for perm in perms: # 将排列转换为 3x3 矩阵 matrix = [perm[i:i+3] for i in range(0, 9, 3)] # 计算幻和 magic_sum = sum(matrix[0]) # 检查行和列的和 row_sums = [sum(row) for row in matrix] col_sums = [sum([matrix[i][j] for i in range(3)]) for j in range(3)] # 检查对角线的和 diag1_sum = sum([matrix[i][i] for i in range(3)]) diag2_sum = sum([matrix[i][2-i] for i in range(3)]) # 检查是否满足幻方条件 if all([sum_ == magic_sum for sum_ in row_sums + col_sums + [diag1_sum, diag2_sum]]): for row in matrix: print(" ".join(map(str, row))) break ``` ### 法二:数学构造法 三阶幻方有固定的数学构造法,其中心数字为 5,偶数在四个角,奇数在四条边的中间位置。以下是使用 Python 实现的代码示例: ```python # 构造三阶幻方 magic_square = [ [2, 7, 6], [9, 5, 1], [4, 3, 8] ] # 输出幻方 for row in magic_square: print(" ".join(map(str, row))) ``` ### 代码解释 - **暴力枚举法**:生成 1 到 9 的所有排列,将每个排列转换为 3×3 矩阵,计算每行、每列和两条对角线上的数字之和,若都相等则输出该矩阵。 - **数学构造法**:依据三阶幻方的数学特性,直接构造出三阶幻方矩阵并输出。 ### 复杂度分析 - **暴力枚举法**:时间复杂度为 $O(n!)$,其中 $n = 9$,因为要生成所有可能的排列。空间复杂度为 $O(1)$,仅使用了常数级的额外空间。 - **数学构造法**:时间复杂度为 $O(1)$,因为直接构造幻方,不涉及复杂的计算。空间复杂度同样为 $O(1)$。
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