软件工程实践2019第三次作业

准备工作阶段

 

1，创建好Github库后传输文件，Github项目地址（https://github.com/leee329/031702339）

2，并按要求安置好Visual Stdio 2017并做好相关文件夹

 

 

3.PSP表格

PSP2.1Personal Software Process Stages预估耗时（分钟）实际耗时（分钟）
Planning 计划  40  40
Estimate 估计这个任务需要多少时间  10  15
Development 开发  120  120
Analysis 需求分析 (包括学习新技术)  120  90
Design Spec 生成设计文档  20  30
Design Review 设计复审  5  5
Coding Standard 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)  60  120
Design 具体设计  20  30
Coding 具体编码  120  180
Code Review 代码复审  30  15
Test 测试（自我测试，修改代码，提交修改）  60  300
Reporting 报告  30  45
Test Repor 测试报告  30  40
Size Measurement 计算工作量  15  30
Postmortem & Process Improvement Plan 事后总结, 并提出过程改进计划  60  70
合计 （自闭时长） 740 1130

 

没错，因为回溯函数的一个等号我debug了5个小时，一共耗时1130分钟=18h50m，自闭.jpg

开始阶段

 

1，思考阶段

 

 

 

一开始看到这个题目，我寻思从三宫格往外扩展，实在是太麻烦了，因为实现完三宫格之后，空间还要再扩张，那个时候代码对于新的空间扩张就需要很大的改动，不如直接就从九宫格下手，对于九宫格来说，我得从合法性和唯一性函数以及回溯性函数来进展，其中合法性函数用于判断某个数字在某个位置的合法性，唯一性函数用于判断某个数在某一行/列/宫上的某个位置是否是唯一合法的，回溯函数也就是深度优先搜索函数，用于尝试填充

 

2，算法关键：三大函数

计算模块接口的设计与实现过程：

合法性函数F1：判定某个数n在某个位置(x,y)的合法性​:需要考虑到，如果x所在的这一行，y所在的这一列(x,y)，n所在的这一宫全都没有n，就是合法的。

需要考量以(x，y)为中心的十字，和一个九宫格，共21个位置（画图工具真难用）:

例如：如图，5在4行4列上，如果第4行和第4列和第5宫都没有5，那么5在这里就算合法的。

 

 

 

唯一性函数F2：先说小函数f：对于每一个数，在每一个位置都进行唯一性判断，判定某个数n，在某行或者某列或者某宫是否是唯一合法的(这一行/列/宫的其他地方都没有n的容身之地):如果合法就填上，需要对n所在的行和列个宫的另外21个数，需要遍历21X21次。

再说大函数F，因为每次填充都会为下一次填充提供新的条件，因此一次的f是不够的，因为f之后又有新条件了，所以f得循环下去，但如果在其中一次f中，没有进行填充操作，F就该结束了

例如：5在4行4列上，如果这一行（4行）中，只有（4，9）5是合法的，那么5在第四行上就算唯一的，如果在第四行上有两个位置是合法的，那么它就不是唯一的了，如果它在（2，2）号宫里只有（5，5）是合法的，那么对于这一宫，它也是唯一的

因此（4，9）和（5，5）将会填入5

 

 

 

 试探性函数F3：因为唯一性函数以后，仍然有空位（低级题可以过，高级题仍然有空位），也就是说剩下来的所有数，在所有位置上都是不唯一的，试探性函数也就是一种回溯函数，如果这个数目前来说是合法的，就填下去，但是如果后续有数因为它的填入而无处安放，我就把这个数取出来，换另一个数。

我试着用结构体记下位置和数值供以后返回，无果，我试着用二维来定位一个位置，无果，于是我将一维来定制，比如42，对应着横坐标42/9=4，纵坐标42%9=6

在进行唯一性函数填充以后，我从0开始试探性函数，如果被占据，直接到1，如果1在位置1上不合法，就看2。。。如果3合法，就把3填入1号位后进入2号位试探，如果2号位1-9全都不合法，回退到1号位把3拿出来，进行4的试探。。。直到第80号位都没有出现不合法问题，就结束试探性函数。有点难解释，直接上图，序号表示程序顺序。

 

独到之处：通过将唯一性函数与试探性函数结合在一起，达到降低CPU消耗的效果，具体在后面大的算法改进和性能分析。

流程图如下

 在这样的结构下，无论是3宫格还是456789宫格，都是适用的

 

3，模块间的关系以及计算模块部分单元测试展示：

（siz，gl，gw分别是数独规格和宫格规格，因此如下三个函数是针对多种数独的求解方案）

单元测试与模块结合：

对于F1，直接对一个题目遍历一遍就能看出测试是否出问题。

对于F2，在F1没问题的情况下，再将1-9对81个位置进行判断。

对于F3，和F2情况类似，因为F3和F2没有什么关系。

具体单元测试与模块结合如下。

合法性函数：

模块关系：这是最基本的模块，所以它没有被其他模块调用：

Locate错误：占位不合法。

HL错误：行列不合法。

GG错误：宫不合法。

 1 bool judge(int x, int y, int num)//坐标和数字
 2 {
 3     int i, j, t = 0, x1, y1;
 4     if (gl != 0)//如果有宫
 5         x1 = x / gl, y1 = y / gw;//宫坐标转换
 6     if (sd[x][y] == 0)//进行位置判断，对应下图的LOCATE错误
 7     {
 8         for (i = 0; i < siz; i++)
 9             if (sd[x][i] == num || sd[i][y] == num)//进行十字判断，对应下图的HL型错误
10                 return 0;
11         if (gl != 0)
12         {
13             for (i = x1 * gl; i < x1*gl + gl; i++)//进行宫判断，对应下图GG型错误
14                 for (j = y1 * gw; j < y1*gw + gw; j++)
15                     if (sd[i][j] == num)
16                         return 0;
17         }
18         return 1;//对应下图的成功提示
19     }
20     else
21         return 0;
22 }

　　测试方法：

for(k=0;k<siz;k++)//siz是规格
	for (i = 0; i < siz; i++)
		for (j = 0; j < siz; j++)
			judge(i,j,k);

测试数据覆盖的代码有如上代码和数据输入输出代码。

 

 

 

 

唯一性函数： 

模块关系/测试思路，如下：

测试数据输入到sd[][]后，就到达了图中的“上一模块”，然后直接调用即可

 测试数据覆盖的代码除了如下代码以外，还有合法性函数的代码，和数据输入输出代码。

 1 void single()//唯一性 
 2 {
 3     int i, j, k, l, m, t = 0, x0 = 0, y0 = 0, flag, p = 1;;
 4     while (1)
 5     {
 6         flag = 0;
 7         for (i = 1; i <= siz; i++)//对每一个数字进行唯一性判断
 8         {
 9             for (j = 0; j < siz; j++) 
10             {
11                 t = 0; x0 = 0; y0 = 0;
12                 for (k = 0; k < siz; k++)//在某行的唯一性 
13                 {
14                     t = t + judge(j, k, i);
15                     if (judge(j, k, i))
16                         x0 = j, y0 = k;
17                 }
18                 if (t == 1)//对于行的位置上填充 
19                 {
20                     sd[x0][y0] = i;
21                     flag++;
22                 }
23                 t = 0; x0 = 0; y0 = 0;
24                 for (k = 0; k < siz; k++)//在某列的唯一性 
25                 {
26                     t = t + judge(k, j, i);
27                     if (judge(k, j, i))
28                         x0 = k, y0 = j;
29                 }
30                 if (t == 1)//对应列上的填充 
31                 {
32                     sd[x0][y0] = i;
33                     flag++;
34                 }
35             }
36             if (gl != 0)
37             {
38                 for (j = 0; j < gl; j++)
39                 {
40                     for (k = 0; k < gw; k++)//x在某宫的唯一性 
41                     {
42                         t = 0; x0 = 0; y0 = 0;
43                         for (l = gl * j; l < gl*j + gl; l++)
44                             for (m = gw * k; m < gw*k + gw; m++)
45                             {
46                                 t = t + judge(l, m, i);
47                                 if (judge(l, m, i))
48                                     x0 = l, y0 = m;
49                             }
50                         if (t == 1)//填充 
51                         {
52                             sd[x0][y0] = i;
53                             flag++;
54                         }
55                     }
56                 }
57             }
58         }
59         if (flag == 0)
60             break;
61     }
62 }

　测试方法：直接调用

 

 可以看出，简单一点的数独，都可以用唯一性函数做完，复杂一点的，需要用回溯法解决。

 

 

 试探性函数：

模块关系/测试思路如下：

测试数据输入到sd[][]后，就到达了图中的“上一模块”，然后直接调用即可

 测试数据覆盖的代码除了如下代码以外，还有合法性函数的代码，和数据输入输出代码。

 

 1 int find(int s)
 2 {
 3     int x = s / siz, y = s % siz, n;
 4     if (s > siz*siz - 1)
 5         return 1;
 6 
 7     if (sd[x][y] != 0)//每次探索都检查有没有占位
 8         return (find(s + 1));
 9     else
10     {
11         for (n = 1; n <= siz; n++)
12         {
13             if (judge(x, y, n))//判断成功
14             {
15                 sd[x][y] = n;//先填充
16                 if (find(s + 1))//继续探索
17                     return 1;
18             }
19             sd[x][y] = 0;//后取出
20         }
21     }
22     return 0;
23 }

 

测试方法：直接调用

 

4，算法/性能改进：

改进大概花费了3小时，对于试探性函数，算法的时间复杂度是O(n2n+1)，对于唯一性函数算法的时间复杂度是O(n5)，显然唯一性函数会比试探性函数来的好

因此每多一个不确定的空位，试探性函数的工作时间都要增加很多，所以我放弃了一开始的只有合法性和试探性函数的结构，中间加个唯一性函数来为试探性函数减少工作时间：

VS 2017 性能测试结果如下，对于CPU占用率：

简单题：

 

2 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 6 3 0 0 0 7 0
5 0 0 0 0 0 1 0 0
9 6 7 4 0 0 0 0 5 
8 1 3 0 0 0 0 0 0
4 2 0 7 1 8 9 6 3 
3 5 0 0 4 1 6 9 7
6 9 8 2 7 3 5 4 1
0 4 0 0 5 9 2 0 8

 

 

 

进行唯一性和试探性求解：

只进行试探性求解：

 

 

 

困难题：

0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 6 4 1 0 0 0 0 0
0 0 8 0 0 0 0 6 0
1 0 0 0 8 4 7 5 0
0 0 0 2 7 0 0 0 0
7 0 0 0 0 3 1 2 0
0 0 3 0 0 0 0 7 9
0 0 7 0 0 8 0 3 0
0 9 0 0 3 0 6 0 0

 

进行唯一性和试探性求解：

只进行试探性求解：

 

 

 

对比可以发现，双函数联合求解与单一试探性求解在

简单难度下的时候：

性能差别不大，有时甚至后者更优，比如图中，唯一性函数用了3个单位的CPU使用量，才让试探性的CPU使用量降低1个单位，指标上降低1个百分点

总体上性能的CPU使用量都为40多，其他简单题的测试样例也都是40-60以内，其中两种求解方案也是不相上下；

困难难度下的时候：

性能差距拉大，前者秒杀后者：唯一性函数仅用了6个单位的CPU使用量，就将试探性函数占用的CPU大幅降低了53个单位，指标上降低27个百分点

总体性能上，差距大都由试探性函数拉开，其他困难题目的测试样例也是如此，困难题目的CPU使用量浮动较大不便统计，一般在200±50，但都是双函数联合求解的方式明显取胜

 

 

5，异常处理

对命令行参数的异常处理，针对了总参数，和数独规格处理

    if(argc!=9) 
    {
         cout<<"总参数错误";
         return 0;    
     }
     else
     {
         if(siz>9||siz<3)
         {
             cout<<"规格参数错误";
             return 0;    
         }
     }

对最后求解完的数独做异常处理，如果仍有空位，就会出现数独错误

    for(k=0;k<time;k++)//容错性 
    {
        for(i=0;i<siz;i++)
           for(j=0;j<siz;j++)
                if(da[k][i][j]==0)
                      cout<<"数独错误"; 
    }

（siz是数独规格，gl和gw是宫的长和宽）

 

6，总程序

在主函数中进行参数的解析和文件的打开->读取->求解->写入->关闭操作,其中读取求解是多次循环，因为不止一个数独。

#include "stdafx.h"
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<iostream>
#include<string.h>
#pragma warning(disable:4996)
using namespace std;
int sd[90][90], siz, gl, gw, time, da[10][90][90];
bool judge(int x, int y, int num)
{
    int i, j, t = 0, x1, y1;
    if (gl != 0)
        x1 = x / gl, y1 = y / gw;
    if (sd[x][y] == 0)
    {
        for (i = 0; i < siz; i++)
            if (sd[x][i] == num || sd[i][y] == num)
                return 0;
        if (gl != 0)
        {
            for (i = x1 * gl; i < x1*gl + gl; i++)
                for (j = y1 * gw; j < y1*gw + gw; j++)
                    if (sd[i][j] == num)
                        return 0;
        }
        return 1;
    }
    else
        return 0;
}
void single()
{
    int i, j, k, l, m, t = 0, x0 = 0, y0 = 0, flag, p = 1;;
    while (1)
    {
        flag = 0;
        for (i = 1; i <= siz; i++)
        {
            for (j = 0; j < siz; j++)
            {
                t = 0; x0 = 0; y0 = 0;
                for (k = 0; k < siz; k++)
                {
                    t = t + judge(j, k, i);
                    if (judge(j, k, i))
                        x0 = j, y0 = k;
                }
                if (t == 1)
                {
                    sd[x0][y0] = i;
                    flag++;
                }
                t = 0; x0 = 0; y0 = 0;
                for (k = 0; k < siz; k++)
                {
                    t = t + judge(k, j, i);
                    if (judge(k, j, i))
                        x0 = k, y0 = j;
                }
                if (t == 1)
                {
                    sd[x0][y0] = i;
                    flag++;
                }
            }
            if (gl != 0)
            {
                for (j = 0; j < gl; j++)
                {
                    for (k = 0; k < gw; k++)
                    {
                        t = 0; x0 = 0; y0 = 0;
                        for (l = gl * j; l < gl*j + gl; l++)
                            for (m = gw * k; m < gw*k + gw; m++)
                            {
                                t = t + judge(l, m, i);
                                if (judge(l, m, i))
                                    x0 = l, y0 = m;
                            }
                        if (t == 1)
                        {
                            sd[x0][y0] = i;
                            flag++;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        if (flag == 0)
            break;
    }
}
int find(int s)
{
    int x = s / siz, y = s % siz, n;
    if (s > siz*siz - 1)
        return 1;

    if (sd[x][y] != 0)
        return (find(s + 1));
    else
    {
        for (n = 1; n <= siz; n++)
        {
            if (judge(x, y, n))
            {
                sd[x][y] = n;
                if (find(s + 1))
                    return 1;
            }
            sd[x][y] = 0;
        }
    }
    return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* fp;
    int i, j, k, l, m, t = 0, x0 = 0, y0 = 0;
    char *x;
    char *y; 
    for (i = 0; i < argc; i++)//参数读取 
    {
        if (strlen(argv[i]) == 1)
        {
            if (i == 2)
                siz = atoi(argv[i]);//读取规格 
            if (i == 4)
                time = atoi(argv[i]);//读取数独个数 
        }
        if(i==6)
            x=argv[i];
        if(i==8)
            y=argv[i];
    }
    if (siz % 3 == 0)//宫的规格的转化 
    {
        gl = siz / 3;
        if (gl != 0)
            gw = siz / gl;
    }
    if (siz % 2 == 0)
    {
        gl = siz / 2;
        if (gl != 0)
            gw = siz / gl;
    }
    if(siz==6)
        gl=2,gw=3;
    if(argc!=9) 
    {
        cout<<"总参数错误";
        return 0;    
    }
    else
    {
        if(siz>9||siz<3)
        {
            cout<<"规格参数错误";
            return 0;    
        }
    }
    fp = fopen(x, "r");//文件读取 
    if (fp == NULL) //为空时返回错误 
        return -1;
    for (k = 0; k < time; k++)
    {
        i = 0; j = 0;
        while (i != siz) //将每一个数独划开 
        {
            fscanf(fp, "%d", &sd[i][j]);
            j++;
            if (j == siz)
            {
                j = 0;
                i++;
            }
        }
        single();
        t = find(0);
        for (i = 0; i < siz; i++)
            for (j = 0; j < siz; j++)
                da[k][i][j] = sd[i][j];//解决后存入da三维数组 
    }
    fclose(fp);
    fp = fopen(y, "w");
    if (fp == NULL)
        return -1;
    for (k = 0; k < time; k++)
    {
        for (i = 0; i < siz; i++)
        {
            for (j = 0; j < siz; j++)
            {
                fprintf(fp, "%d", da[k][i][j]);//依次递交 
                if (j != siz - 1)
                    fprintf(fp, " ");
            }
            if (i != siz - 1)
                fprintf(fp, "\n");
        }
        if (k != time - 1)
            fprintf(fp, "\n\n");
    }
    fclose(fp);
    for(k=0;k<time;k++)//容错性 
    {
        for(i=0;i<siz;i++)
            for(j=0;j<siz;j++)
                if(da[k][i][j]==0)
                    cout<<"数独错误"; 
    }
    return 0;
}

测试：

例1：

E:\软工\031702339\Sudoku\Sudoku>Sudoku.exe -m 9 -n 2 -i input.txt -o output.txt

　　

 

 

 

 例2：

E:\软工\031702339\Sudoku\Sudoku>Sudoku.exe -m 3 -n 1 -i input.txt -o output.txt

　　

 

例3：

E:\软工\031702339\Sudoku\Sudoku>Sudoku.exe -m 8 -n 2 -i input.txt -o output.txt

　　

 

例456789：

 

例10（异常）：

 

总结：一步一步过来，遇到了很多问题，所以也确确实实学习到了很多，学到了Github的文件上传，VS性能测试，VS的E0266,C4996,LNK2019,LNK2005,C2085等等各种奇葩报错或警告的解决办法，还有函数定制的方式改善，还有文件传输的具体规范等等很多很多，同时也意识到项目制定的规范性。

面对这些问题，有的绕开了，有的迎难而上，这样的处理方式不由得令我反观试探性函数，我不正如它一样不断的寻错，不断的改进吗？

 好啦，为期20h的周常自闭结束。容错性函数或将改善。

 

posted @ 2019-09-21 00:29  小李子ZZZ  阅读(743)  评论(8)  编辑  收藏  举报