软件工程实践2017第二次作业-数独生成器

github : sudoku

一. 问题描述

• 阅读《构建之法》第一章至第三章的内容。
• 随机生成n个不重复且已解答完毕的数独棋盘。

  数独盘面是个九宫，每一宫又分为九个小格，在每个空格上填入1-9的数字。使1-9每个数字在每一行、每一列和每一宫中都只出现一次。

• 数独左上角第一个数为 : (学号后两位相加)%9+1。
• 输出到sudoku.txt。

二. 问题分析与思考

1. 数独每个格子的数字 num 的性质
   • 该行其他格子不出现 num。
   • 该列其他格子不出现 num。
   • 该宫其他格子不出现 num。
     
     
2. 如何快速判断数字x满足上述条件可填入(r, c)格子?
   • 循环行、列、宫判断? 太慢了.
   • 牺牲部分空间,对行、列、宫已经出现的数字进行mark,便可快速判断了。
     
     
3. 枚举数进行填充:
   • 从1到9遍历枚举. (生成的数独看着一点随机性都没有)。
   • 随机生成一个数,[1,9]之间, 以这个数为起点去枚举.(增加了数独随机性, 似乎速度上也加快了一点)。
     
     
4. 预处理:
   • (r,c)对应的宫数 = ((r % 3) ? r : (r - 1)) / 3 * 3 + ((c % 3) ? c : (c - 1)) / 3 + 1;求优雅的计算方式。
   • (1, 1) = (学号后两位相加)%9+1。
   • 特殊输入处理。
     
     
5. 输出优化
   • 使用putchar( )优化输出。

三. 代码设计流程图

四. 代码编写

void sudoku::dfs(int x, int y)
{
	if (flag) return;//已经输出n个则退出搜索
	int i, j;
	if (x == 9 && y == 9) {
		++cnt;
		out();//输出数独矩阵
		if (cnt != target)  putchar('\n');
		if (cnt == target) {
			//getchar();
			flag = true;
		}
		return;
	}
	
	//填写下一格的数 
	int nx = x, ny = y + 1;
	if (ny == 10) ny = 1, ++nx;  //  跳到下一行 
	int now = getgg[nx][ny];	// 第x宫 

	//此处由循环1-9 改成 随机生成数再进行循环  => 增加数独的随机性
	int cur = rand() % 9 + 1; 
	for (i = cur; ; ) {
		// 满足该行or该列or该宫不重复
		if (!row[nx][i] && !cow[ny][i] && !gg[now][i]) {
			row[nx][i] = true, cow[ny][i] = true, gg[now][i] = true, vec[nx][ny] = i + '0';
			dfs(nx, ny);
			row[nx][i] = false, cow[ny][i] = false, gg[now][i] = false, vec[nx][ny] = '0';
		}
		++i;
		if (i>9) i = 1;
		if (i == cur) break;
	}
	return;
}

五. 性能分析

• 测试数据: 100w = 1e6

• CPU使用率报告

  

  • 主要耗时在于dfs.
  • let us go to dfs() ↓
    
    

• dfs 函数分析报告

  

  • 上图显示, 输出数独矩阵的函数out()与枚举数占用的比例最大.

• 根据分析报告优化

• 输出部分由putchar()替换printf(), 输出明显加速
• 枚举起点采用随机数, 使得枚举的数尽可能早地满足条件
• 还存在一定的优化问题, 有待补充.

六.输出结果

七.单元测试及代码覆盖率

有待完成...

八. PSP

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	60
· Estimate	估计这个任务需要多少时间	30	60
Development	开发	360	400
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	30	20
· Design Spec	· 生成设计文档	40	60
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	30	30
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	50
· Design	· 具体设计	60	60
· Coding	· 具体编码	60	60
· Code Review	· 代码复审	30	20
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	80	100
Reporting	报告	60	60
· Test Report	· 测试报告	20	30
· Size Measurement	· 计算工作量	20	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	20	20
合计		450	520

九. 补充

1. 关于putchar比printf快? 2017.9.14
   • putchar, 单字符输出，无格式控制, 速度快
   • printf 格式化输出, 比putchar慢.