0题目原文(本地存了一份)
原题在洛谷上(页头有链接)。别人的网站不归我们管,打不开、改版、题号调整都可能发生。 所以每个解析页都把题面转录一份存在本地,跟着仓库一起进版本库 —— 图也要存。
转录自洛谷 P1074,日期见页头。两边不一致时信原站。
题目背景
此为远古题,不保证存在可以通过任意符合要求的输入数据的程序。
题目描述
小城和小华都是热爱数学的好学生,最近,他们不约而同地迷上了数独游戏,好胜的他们想用数独来一比高低。 但普通的数独对他们来说都过于简单了,于是他们向 Z 博士请教, Z 博士拿出了他最近发明的「靶形数独」,作为这两个孩子比试的题目。
靶形数独的方格同普通数独一样,在 9 格宽且 9 格高的大九宫格中有 9 个 3 格宽且 3 格高的小九宫格 (用粗黑色线隔开的)。在这个大九宫格中,有一些数字是已知的,根据这些数字,利用逻辑推理, 在其他的空格上填入 1 到 9 的数字。每个数字在每个小九宫格内不能重复出现, 每个数字在每行、每列也不能重复出现。但靶形数独有一点和普通数独不同, 即每一个方格都有一个分值,而且如同一个靶子一样,离中心越近则分值越高。(如图)

上图具体的分值分布是:最里面一格(黄色区域)为 10 分,黄色区域外面的一圈(红色区域) 每个格子为 9 分,再外面一圈(蓝色区域)每个格子为 8 分,蓝色区域外面一圈(棕色区域) 每个格子为 7 分,最外面一圈(白色区域)每个格子为 6 分,如上图所示。 比赛的要求是:每个人必须完成一个给定的数独(每个给定数独可能有不同的填法), 而且要争取更高的总分数。而这个总分数即每个方格上的分值和完成这个数独时 填在相应格上的数字的乘积的总和。
总分数即每个方格上的分值和完成这个数独时填在相应格上的数字的乘积的总和。 如图,在以下的这个已经填完数字的靶形数独游戏中,总分数为 2829。游戏规定,将以总分数的高低决出胜负。

由于求胜心切,小城找到了善于编程的你,让你帮他求出,对于给定的靶形数独,能够得到的最高分数。
输入格式
一共 9 行。每行 9 个整数(每个数都在 0 ~ 9 的范围内),表示一个尚未填满的数独方格, 未填的空格用「0」表示。每两个数字之间用一个空格隔开。
输出格式
输出共 1 行。输出可以得到的靶形数独的最高分数。如果这个数独无解,则输出整数 -1。
数据规模与约定
- 对于 40% 的数据,数独中非 0 数的个数不少于 30;
- 对于 80% 的数据,数独中非 0 数的个数不少于 26;
- 对于 100% 的数据,数独中非 0 数的个数不少于 24。
NOIP 2009 提高组 第三题。
输入输出样例
输入
7 0 0 9 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 5 9 0 0 0 0 0 2 0 0 0 8 0 0 0 5 0 2 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 6 4 8 4 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 2 0 9 0 2 0 1 0 6 0 8 0 4 0 8 0 5 0 4 0 1 2
输出
2829
这一组就是上面第二张图里那个填法。★ 那张图不是插图,它是一条可以验算的信息 —— 把图上 81 个数字逐格抄下来,按「格子分值 × 数字」自己加一遍,得到的正是 2829, 而且它每行每列每宫都恰好是 1~9、每个已给的数字都对得上(第 ⑨ 步末尾那一段验的就是这个)。
输入
0 0 0 7 0 2 4 5 3 9 0 0 0 0 8 0 0 0 7 4 0 0 0 5 0 1 0 1 9 5 0 8 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 2 5 0 3 0 5 7 9 1 0 8 0 0 0 6 0 1 0 0 0 0 6 0 9 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 6
输出
2852
⚠ 这一组比第一组重要得多。 本页有一个错法(「找到一个解就收工」) 在样例 ① 上会照样打出 2829 —— 只有这一组把它挡住了。见第 ⑦ 步。
1第一反应:从左上角逐格填,试 1 到 9
数独的搜索长什么样,几乎不用想:按格子从左上排到右下,遇到空格就试 1~9, 每试一个数就扫一遍这一行、这一列、这一宫看撞不撞,不撞就填下去往后走。
只有一处和普通数独不一样,而它决定了整个搜索的形状:
普通数独找到一个解就能停;这道题问的是「所有填法里分最高的那个」, 所以必须把每一个解都走到底,边走边取 max。
// P1074 的**第一版**:从左上角逐格往右下填,每次试 1~9,扫一遍行、列、宫看撞不撞。//// ⚠ 这一版**是对的** —— 它把所有合法填法都走了一遍,取分最高的那个。// 它的问题只有一个字:慢。而「慢在哪」有两层,页面上第 ② ③ 步各拆一层:// ① 判重靠扫(每试一个数就扫 27 格)—— 换成位运算就没了(p1074Plain.cpp);// ② ★★★ 顺序是死的(左上 → 右下)—— 这一层才是大头(p1074.cpp)。//// ⚠ 别把「它错」和「它慢」搞混:这一版交上去是 TLE,不是 WA。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9];static long long best = -1, tries = 0, sols = 0, checks = 0;// checks = ok() 被调用了多少次,每次都要扫 27 格 —— 这一版真正的工作量在这儿
static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }
/** 把 v 放进 (r, c) 合不合法:行扫 9 格、列扫 9 格、宫扫 9 格。 */static bool ok(int r, int c, int v) { checks++; for (int j = 0; j < 9; j++) if (g[r][j] == v) return false; for (int i = 0; i < 9; i++) if (g[i][c] == v) return false; int br = r / 3 * 3, bc = c / 3 * 3; for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) if (g[br + i][bc + j] == v) return false; return true;}
static long long score() { long long s = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) s += (long long)val(r, c) * g[r][c]; return s;}
static void dfs(int p) { if (p == 81) { sols++; best = max(best, score()); return; } int r = p / 9, c = p % 9; if (g[r][c]) { dfs(p + 1); return; } for (int v = 1; v <= 9; v++) if (ok(r, c, v)) { tries++; g[r][c] = v; dfs(p + 1); g[r][c] = 0; }}
int main(int argc, char** argv) { for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (!(cin >> g[r][c])) return 0; // ⚠ 已给的数字自己就可能打架 —— 那种输入直接无解 for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (g[r][c]) { int v = g[r][c]; g[r][c] = 0; bool good = ok(r, c, v); g[r][c] = v; if (!good) { cout << -1 << "\n"; return 0; } } dfs(0); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << " checks=" << checks << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
它枚举了全部合法填法,答案一分不差。两组官方样例它都能过,而且快得看不出问题 (样例 ① 5.3 毫秒、样例 ② 更快)。⇒ 交上去的结果是 TLE,不是 WA。
★ 所以这道题上有一句话要提前说死:「过了样例」在这里连「快不快」都答不了。 样例给的两张盘面,已知数分别有 30 个和 29 个,而题面保证的下限是 24 —— 少 6 个空格,搜索树差了三个数量级(第 ⑧ 步那张表)。
2慢在哪:先拆成两层,一次只换一个主语
「加剪枝」这三个字底下其实压着两件完全不同的事,而它们的收益也完全不同。 所以这一页不一次改两处:
第一版 逐格顺序 + 扫 27 格判重
|
| (1) 只换判重方式:扫 27 格 -> 三个位掩码
v
第二版 逐格顺序 + 位运算判重 <- 搜索树一模一样
|
| (2) 只换搜索顺序:谁先谁后
v
第三/四版 换了顺序 + 位运算判重 <- 搜索树整个变了
⚠ 这两层要用不同的尺子才量得出来 —— 而这正是这一页的主线,第 ⑤ 步会摊开讲。
3第一层:判重换成位运算 —— ★ 试填次数一个都没少
三个 9 位掩码:row_[i] / col_[j] / box_[k],第 d-1 位是 1 就表示数字 d
在那一行 / 那一列 / 那一宫已经用过了。于是
- 「(r, c) 能填哪些数」=
~(row_[r] | col_[c] | box_[k]) & 0x1FF,一句话; - 判「能不能填 d」从「扫 27 格」变成「看一个位」。
// P1074 第二版:**只把判重换成位运算**,顺序还是死的(左上 → 右下)。//// ★★★ 这一版存在的全部意义,是把「慢」拆成两层,一次只换一个主语:// 和 p1074Slow.cpp 相比,它**搜索树一模一样** —— 走的格子、试的数字、// 回溯的时机全都不差一个。⇒ **试填次数会逐个相同**,只有秒表会变。// (这就是[第 4 章 P1219](/sol/p1219/) 那条「换尺子数次数也有失效的时候」的现场:// 这一层的收益,数次数是量不出来的。)//// 三个掩码:row_[i] / col_[j] / box_[k],第 d-1 位是 1 表示数字 d 在那一行/列/宫用过了。// 判「(r,c) 能不能填 d」从「扫 27 格」变成「三个数或一下、看一位」。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9], row_[9], col_[9], box_[9];static long long best = -1, cur = 0, tries = 0, sols = 0, scans = 0;// scans = 「算了多少次『这个空格现在能填哪些数』」—— 一把和机器无关的工作量尺子
static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static void dfs(int p) { if (p == 81) { sols++; best = max(best, cur); return; } int r = p / 9, c = p % 9; if (g[r][c]) { dfs(p + 1); return; } int k = boxId(r, c); int m = ~(row_[r] | col_[c] | box_[k]) & 0x1FF; scans++; for (; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, b = 1 << (d - 1); tries++; g[r][c] = d; row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[k] |= b; cur += (long long)val(r, c) * d; dfs(p + 1); g[r][c] = 0; row_[r] ^= b; col_[c] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(r, c) * d; }}
int main(int argc, char** argv) { for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!(cin >> g[r][c])) return 0; if (g[r][c] == 0) continue; int b = 1 << (g[r][c] - 1); if ((row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & b) { cout << -1 << "\n"; return 0; } row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[boxId(r, c)] |= b; cur += (long long)val(r, c) * g[r][c]; } dfs(0); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << " scans=" << scans << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
★★ 关键在于它没有改变搜索的形状:走的格子、试的数字、回溯的时机,和第一版一个不差。 实测(样例 ①):
| 试填次数 | 判重的工作量 | k = 24 那十张盘面的秒表 | |
|---|---|---|---|
| 第一版(扫 27 格) | 74315 | ok() 调用 668847 次,每次扫 27 格 |
4.399 秒 |
| 第二版(位运算) | 74315 | 算掩码 74313 次 | 0.463 秒 |
两版的试填次数逐个相同(74315 = 74315,样例 ② 也一样:5816 = 5816)。 如果你只拿「dfs 走了多少步」当尺子,会得出「这一改一分钱都不值」的结论 —— 而秒表说它值 9.5 倍。
这就是第 4 章 P1219 那条的又一次现场: 「换尺子数次数」也有失效的时候 —— 那道题是三种写法节点数一模一样、秒表差 18.7 倍, 这道题是同一件事的更干净的版本(因为两版的搜索树是同一棵,不是「碰巧一样大」)。
★ 而「扫 27 格 668847 次 → 算掩码 74313 次」这把尺子把它量出来了:9.0 倍, 和秒表的 9.5 倍基本对得上。⇒ 换尺子不是「换成数次数」,是换成数真正做的那件事。
4★ 第二层:换搜索顺序 —— 这才是本章的题眼
本章第 4 步「三板斧」里的第三招:搜索顺序剪枝。 道理和「先安排最重的猫」一样 —— 让树的上层尽量窄。
在数独上,「窄」有一个现成的量:这一格现在还能填几个数(掩码里 1 的个数,
__builtin_popcount 一句)。有两种用法,收益差得很远:
用法 A:网上流传最广的写法 —— 行按空格数排序,只算一次。
// P1074 第三版:位运算 + ★「**行按空格数从少到多**」的固定顺序(网上流传最广的写法)。//// ★ 想法很自然:空格越少的行,可填的花样越少 —— 先把它填掉,树的上层就窄。// 这是本章第 4 步「搜索顺序剪枝」的一个**便宜实现**:顺序在开搜之前算一次就定死了,// 搜索过程中一次都不用重算。//// ⚠ 而它和 p1074.cpp(每一步都重新挑候选最少的格子)差的正是「一次」和「每一步」:// 填掉几个格子之后,各行的松紧早就不是开搜时那样了。// ⇒ 页面上第 ⑤ 步那张表量了这个差值 —— 它不是「差不多」。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9], row_[9], col_[9], box_[9];static long long best = -1, cur = 0, tries = 0, sols = 0, scans = 0;static int order_[81], tot = 0; // 按「行空格数」排好的格子顺序(只存空格)
static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static void dfs(int i) { if (i == tot) { sols++; best = max(best, cur); return; } int r = order_[i] / 9, c = order_[i] % 9, k = boxId(r, c); int m = ~(row_[r] | col_[c] | box_[k]) & 0x1FF; scans++; for (; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, b = 1 << (d - 1); tries++; g[r][c] = d; row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[k] |= b; cur += (long long)val(r, c) * d; dfs(i + 1); g[r][c] = 0; row_[r] ^= b; col_[c] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(r, c) * d; }}
int main(int argc, char** argv) { for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!(cin >> g[r][c])) return 0; if (g[r][c] == 0) continue; int b = 1 << (g[r][c] - 1); if ((row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & b) { cout << -1 << "\n"; return 0; } row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[boxId(r, c)] |= b; cur += (long long)val(r, c) * g[r][c]; }
int blank[9] = {0}; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (!g[r][c]) blank[r]++; int rid[9] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}; stable_sort(rid, rid + 9, [&](int a, int b) { return blank[a] < blank[b]; }); for (int i = 0; i < 9; i++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (!g[rid[i]][c]) order_[tot++] = rid[i] * 9 + c;
dfs(0); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << " scans=" << scans << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
用法 B:每填一格就重新挑「候选最少」的那一格。
// P1074 靶形数独 —— 位运算判重 + ★ 搜索顺序剪枝(★ 这一版就能 AC)//// 题目:9 × 9 数独,`0` 是空格。每格有一个分值(离中心越近越高,见页面上那张图),// 总分 = Σ 格子分值 × 填进去的数字。求**所有合法填法里的最高分**;无解输出 -1。//// ★ 和普通数独的差别只有一句话,可它决定了整个搜索的形状:// 普通数独**找到一个解就能停**;这道题要**把所有解都走一遍**才知道哪个分最高。// ⇒ 「找到就 return」是这道题最容易写错的一行(p1074First.cpp)。//// ★★★ 这一版相对上一版(p1074Row.cpp)只换了一件事:**下一个填哪一格**。// 固定顺序(左上 → 右下)挑到的格子可能有 8 个候选,一层就岔出 8 条路;// 而**候选最少的那一格**可能只有 1 个候选 —— 那一层根本不分岔。// 这就是本章第 4 步「三板斧」里的**搜索顺序剪枝**,也是这道题的题眼。// ⚠ 它还白送一条**可行性剪枝**:扫的时候只要有一个空格候选数为 0,当场回头。//// 位运算部分:row[i] / col[j] / box[k] 各存一个 9 位掩码,第 d-1 位是 1 表示 d 已经用过。// 某格能填什么 = ~(row | col | box) & 0x1FF,`__builtin_popcount` 一句就是候选个数。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9];static int row_[9], col_[9], box_[9]; // 9 位掩码:第 d-1 位 = 1 ⇒ 数字 d 已用static long long best = -1; // ★ 初值必须是 -1,不是 0(见 p1074Zero.cpp)static long long cur = 0; // 当前已填部分的得分static long long tries = 0, sols = 0; // ★ 试填次数(换尺子用)/ 完整解的个数static long long scans = 0; // ★ 另一把尺子:算了多少次「这个空格能填哪些数」
/** 格子 (r, c) 的分值:最外圈 6 分,往里一圈加 1,正中间 10 分。 */static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static void dfs(int left) { // left = 还剩几个空格 if (left == 0) { sols++; best = max(best, cur); return; }
// ★ 搜索顺序剪枝:扫一遍所有空格,挑候选最少的那一个 int br = -1, bc = -1, bm = 0, bcnt = 10; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (g[r][c]) continue; int m = ~(row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & 0x1FF; scans++; int cnt = __builtin_popcount(m); if (cnt == 0) return; // ⚠ 白送的可行性剪枝:这一格已经没得填了 if (cnt < bcnt) { bcnt = cnt; bm = m; br = r; bc = c; if (cnt == 1) goto found; } }found: for (int m = bm; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, b = 1 << (d - 1), k = boxId(br, bc); tries++; // ★ 尺子:数「往格子里写了几次数字」,各版本可比 g[br][bc] = d; row_[br] |= b; col_[bc] |= b; box_[k] |= b; cur += (long long)val(br, bc) * d; dfs(left - 1); g[br][bc] = 0; row_[br] ^= b; col_[bc] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(br, bc) * d; }}
int main(int argc, char** argv) { int left = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!(cin >> g[r][c])) return 0; if (g[r][c] == 0) { left++; continue; } int b = 1 << (g[r][c] - 1); // ⚠ 题面只说「一个尚未填满的数独方格」,**没保证已给的数字自己不打架** if ((row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & b) { cout << -1 << "\n"; return 0; } row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[boxId(r, c)] |= b; cur += (long long)val(r, c) * g[r][c]; } dfs(left); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << " scans=" << scans << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
用法 B 还白送了一条可行性剪枝:扫的时候只要发现某个空格候选数为 0, 这条路已经死了,当场回头 —— 不用等走到那一格才发现。
| 样例 ② | 试填次数 |
|---|---|
| 第二版(不排序,左上 → 右下) | 5816 |
| 第三版(行按空格数排序) | 6887 ← 更差 |
| 第四版(每步挑候选最少) | 1141 |
一次算好的顺序,只在开搜的那一刻是对的;填掉几个格子之后,各行的松紧早就不是那样了。 ⇒ 它在随机盘面上平均是赚的(第 ⑤ 步那张表),可它不保证赚 —— 这是第 12 章 P1923 那条「『谁最快』的主语可能是一个你控制不了的输入」的小号版本。
5★★★ 一张表:四个版本 × 三把尺子,而三把尺子一路在打架
十张随机盘面(已知数 24 个,生成器见第 ⑧ 步),四个版本并排。 试填次数=往格子里写了几次数字;算掩码次数=算了几次「这个空格现在能填哪些数」, 它是各版本真正的工作量;秒表是同一批盘面跑完的墙上时间。
| 版本 | 试填次数 | 算掩码次数 | 秒表 |
|---|---|---|---|
| 第一版:扫 27 格判重 | 66622524 | (ok() 另算,见第 ③ 步) |
4.399 秒 |
| 第二版:位运算 + 固定顺序 | 66622524 | 66501224 | 0.463 秒 |
| 第三版:行按空格数排序 | 35016941 | 34895641 | 0.271 秒 |
| ★ 第四版:每步挑候选最少 | 2312095 | 11838327 | 0.166 秒 |
从第二版到第四版:
- 试填次数少了 28.8 倍;
- 算掩码次数只少了 5.6 倍(挑「候选最少」要把所有空格都扫一遍,每个节点的开销涨了);
- 秒表只快了 2.8 倍。
同一招(换搜索顺序)、同一份代码,答案可以是 28.8 倍、5.6 倍、2.8 倍 —— 取决于你拿哪把尺子量。三把尺子里:
- 试填次数最好数,但它把「每个节点变贵了」这件事完全漏掉了;
- 算掩码次数贴近真实工作量,方向从来没说错过(第 ⑥ 步会看到它救了一次场);
- 秒表是唯一能回答「会不会 TLE」的那把 —— 可它换台机器就变。
⇒ 三把都要留。这一页往下每一处比较,都会把三个数一起写出来。
6★★★ 再加一招最优性剪枝 —— 结论是反的
三板斧还剩一招没用:最优性剪枝。这道题上它几乎是白捡的 —— 为了挑「候选最少的格子」本来就要扫一遍所有空格,顺手把每个空格现在还能填的最大数字 取出来,就得到一个乐观上界:
上界 = 当前得分 + Sum( 格子分值 x 该格还能填的最大数字 )
如果连这个上界都不比已经找到的 best 大,这条路整个不用走了。
// P1074 第五版:在正解(p1074.cpp)之上再加一招 ★**最优性剪枝**。//// 想法:搜到一半时,把「剩下的空格全部按它现在还能填的最大数字」算一个乐观上界 ——// `cur + Σ 分值 × 最大候选`。如果这个上界都不比已知的 best 大,这条路不用走了。// ⚠ 而这个上界**是免费的**:为了挑「候选最少的格子」本来就要扫一遍所有空格,// 顺手把每格的最大候选取出来即可,一次额外的循环都不用加。//// ★★★ 页面上第 ⑥ 步量了它值多少钱 —— 结论相当反直觉,这里先不剧透。// (提示:这道题的搜索树有一个**任何剪枝都砍不掉的下界**。)
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9], row_[9], col_[9], box_[9];static long long best = -1, cur = 0, tries = 0, sols = 0, cuts = 0, scans = 0;
static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static void dfs(int left) { if (left == 0) { sols++; best = max(best, cur); return; }
int br = -1, bc = -1, bm = 0, bcnt = 10; long long ub = 0; // 剩余空格的乐观得分上界 for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (g[r][c]) continue; int m = ~(row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & 0x1FF; scans++; if (m == 0) return; int cnt = __builtin_popcount(m); ub += (long long)val(r, c) * (32 - __builtin_clz(m)); // 最高位 = 还能填的最大数字 if (cnt < bcnt) { bcnt = cnt; bm = m; br = r; bc = c; } } if (cur + ub <= best) { cuts++; return; } // ★ 最优性剪枝
for (int m = bm; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, b = 1 << (d - 1), k = boxId(br, bc); tries++; g[br][bc] = d; row_[br] |= b; col_[bc] |= b; box_[k] |= b; cur += (long long)val(br, bc) * d; dfs(left - 1); g[br][bc] = 0; row_[br] ^= b; col_[bc] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(br, bc) * d; }}
int main(int argc, char** argv) { int left = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!(cin >> g[r][c])) return 0; if (g[r][c] == 0) { left++; continue; } int b = 1 << (g[r][c] - 1); if ((row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & b) { cout << -1 << "\n"; return 0; } row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[boxId(r, c)] |= b; cur += (long long)val(r, c) * g[r][c]; } dfs(left); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << " cuts=" << cuts << " scans=" << scans << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
十张 k = 24 的盘面上,它干得非常漂亮 —— 也非常没用:
| 真正「走完」的解 | 试填次数 | 算掩码次数 | 秒表 | |
|---|---|---|---|---|
| 第四版(候选最少) | 121310 | 2312095 | 11838327 | 0.166 秒 |
| 第五版(+最优性剪枝) | 92 | 1654140 | 26376629 | 0.207 秒 |
它砍掉了 99.92% 的解,只省下 28.5% 的试填次数,而秒表反而慢了 25%。
① 「剪掉了多少」和「省下多少」不是一回事。 解的个数从 121310 掉到 92,看着像赢麻了 —— 可搜索树的重量全压在最靠近叶子的那几层, 上界只有走到很深才收得紧,于是它剪掉的都是最便宜的那一段。 ⇒ 判断一个剪枝值不值,要数它省下的工作,不能数它剪掉的东西。
② 它为什么反而更慢,能用一把和机器无关的尺子说清楚。
算掩码次数从 11838327 涨到 26376629 —— 多了 2.23 倍。原因很具体:
第四版扫到一个「候选数 = 1」的空格就可以立刻停下(那一层反正不分岔,goto found),
而算上界必须把每一个空格都扫完,那条捷径就没了。
⇒ 光看试填次数(少 28.5%)会得出「更优」的错误结论; 是「算掩码次数」这把尺子先把方向说对的,秒表只是印证。
第四版(p1074.cpp)。第五版不是错的,只是不划算 ——
在这道题的数据上它是负收益,多写十行还慢 25%。
7⚠ 最容易写错的一行:「找到一个解就 return」
从普通数独抄过来的那个动作 —— 找到解就收工 —— 在这里是错的: 第一个被搜到的解,分数是随手来的。
// P1074 的**错法一**:和 p1074.cpp 一模一样,只把「走完所有解」改成「★ 找到一个解就 return」。//// ⚠ 这是从「普通数独」抄过来最自然的一个动作 —— 普通数独只要一个解,找到就该停。// 可这道题问的是**所有填法里分最高的那个**:第一个被搜到的解,分数是随手来的。//// ★★★ 而「跑一下样例就发现了」这句话在这道题上**只对了一半**(页面第 ⑦ 步实测):// 样例 1 它照样输出 2829 —— 那张盘面只有 3 个解,而搜到的第一个正好就是分最高的;// 样例 2 它输出 2842,比正确答案 2852 少 10 分,**这一组才挡得住它**。// ⇒ 「官方样例挡不挡得住」的主语是**哪一组样例**,不是「样例」。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9];static int row_[9], col_[9], box_[9]; // 9 位掩码:第 d-1 位 = 1 ⇒ 数字 d 已用static long long best = -1;static bool done = false; // ★ 找到一个解就收工static long long cur = 0; // 当前已填部分的得分static long long tries = 0, sols = 0; // ★ 试填次数(换尺子用)/ 完整解的个数
/** 格子 (r, c) 的分值:最外圈 6 分,往里一圈加 1,正中间 10 分。 */static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static void dfs(int left) { // left = 还剩几个空格 if (left == 0) { sols++; best = max(best, cur); done = true; return; } // ★ 错在这里
// ★ 搜索顺序剪枝:扫一遍所有空格,挑候选最少的那一个 int br = -1, bc = -1, bm = 0, bcnt = 10; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (g[r][c]) continue; int m = ~(row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & 0x1FF; int cnt = __builtin_popcount(m); if (cnt == 0) return; // ⚠ 白送的可行性剪枝:这一格已经没得填了 if (cnt < bcnt) { bcnt = cnt; bm = m; br = r; bc = c; if (cnt == 1) goto found; } }found: for (int m = bm; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, b = 1 << (d - 1), k = boxId(br, bc); tries++; // ★ 尺子:数「往格子里写了几次数字」,各版本可比 g[br][bc] = d; row_[br] |= b; col_[bc] |= b; box_[k] |= b; cur += (long long)val(br, bc) * d; dfs(left - 1); if (done) { g[br][bc] = 0; row_[br] ^= b; col_[bc] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(br, bc) * d; return; } g[br][bc] = 0; row_[br] ^= b; col_[bc] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(br, bc) * d; }}
int main(int argc, char** argv) { int left = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!(cin >> g[r][c])) return 0; if (g[r][c] == 0) { left++; continue; } int b = 1 << (g[r][c] - 1); // ⚠ 题面只说「一个尚未填满的数独方格」,**没保证已给的数字自己不打架** if ((row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & b) { cout << -1 << "\n"; return 0; } row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[boxId(r, c)] |= b; cur += (long long)val(r, c) * g[r][c]; } dfs(left); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
| 正确答案 | 「找到就停」输出 | |
|---|---|---|
| 官方样例 ① | 2829 | 2829 ← 放过去了 |
| 官方样例 ② | 2852 | 2842 ← 挡住了 |
样例 ① 那张盘面只有 3 个解,而搜到的第一个正好就是分最高的那个。 ⇒ 如果你只跑了第一组样例(很多人就是这么干的),这个 bug 会一路跟到评测机上。
★ 这是第 14 章 P1746 那条的另一种形态:那道题是「这组样例在结构上 问不出这个问题」,这道题是「有两组样例,而只有一组管用」。 ⇒ 官方给了几组样例,就把几组都跑一遍 —— 它们不是同一件事的重复。
对拍上它很好抓,而且抓获率跟着盘面的空格数走(每档 300 轮):
| 已知数 | 24 | 30 | 40 |
|---|---|---|---|
| 被抓 | 297 / 300 | 254 / 300 | 69 / 300 |
已知数越多,解越少,「第一个解正好是最优解」的概率就越大 —— 40 个已知数那档, 平均只有 3.8 个解,于是四轮里有三轮它蒙对了。
8★★★ 主线:顺手写的生成器,和真题差三个数量级
要对拍就得有生成器。数独的生成器有一个唯一自然的写法: 先随机填出一整张合法的数独,再随机挖掉若干格。
// P1074 对拍生成器:`./p1074Gen <seed> [k] [mode]`// k = 盘面上留几个已知数(题面保证 ≥ 24,默认 30)// mode = 0 挖洞(★ 一定有解)/ 1 随便撒(★ 大概率无解)//// ★★★ 这两个 mode 是这一页最值钱的一处对照,理由和[第 12 章 P1226](/sol/p1226/)// 那条「对拍 0 次有两种原因」是同一件事://// mode 0 先造一张**完整的合法数独**,再随机挖洞 —— 挖出来的盘面**一定有解**// (至少那张原图就是一个解)。⇒ 用它对拍,「无解时该输出 -1」那类 bug// (p1074Zero.cpp)**在结构上永远抓不到**,不是概率低,是精确的 0。//// mode 1 往空盘上一个一个撒数字,只要求撒下去的那一刻行、列、宫都不冲突 ——// 这样的盘面**看着合法**,可它多半没有解。⇒ 这一档才问得出「无解怎么办」。//// ⚠ 别把 mode 1 当成「更好的生成器」:它造出来的盘面几乎全是无解的,// 于是所有版本一起秒退,**别的 bug 在这一档反而全瞎**。两档都要跑。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9];static mt19937 rng;
static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static bool ok(int r, int c, int v) { for (int j = 0; j < 9; j++) if (g[r][j] == v) return false; for (int i = 0; i < 9; i++) if (g[i][c] == v) return false; int br = r / 3 * 3, bc = c / 3 * 3; for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) if (g[br + i][bc + j] == v) return false; return true;}
/** 随机化 DFS 填出一张完整的合法数独。 */static bool fill(int p) { if (p == 81) return true; int r = p / 9, c = p % 9; int d[9] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; shuffle(d, d + 9, rng); for (int i = 0; i < 9; i++) if (ok(r, c, d[i])) { g[r][c] = d[i]; if (fill(p + 1)) return true; g[r][c] = 0; } return false;}
int main(int argc, char** argv) { unsigned seed = argc > 1 ? (unsigned)atoi(argv[1]) : 1; int k = argc > 2 ? atoi(argv[2]) : 30; int mode = argc > 3 ? atoi(argv[3]) : 0; rng.seed(seed * 2654435761u + 12345u); k = max(0, min(81, k));
if (mode == 0) { fill(0); int idx[81]; for (int i = 0; i < 81; i++) idx[i] = i; shuffle(idx, idx + 81, rng); for (int i = 0; i < 81 - k; i++) g[idx[i] / 9][idx[i] % 9] = 0; // 挖掉 81 - k 格 } else { int put = 0; for (int guard = 0; guard < 20000 && put < k; guard++) { int r = rng() % 9, c = rng() % 9, v = rng() % 9 + 1; if (g[r][c] || !ok(r, c, v)) continue; g[r][c] = v; put++; } }
for (int r = 0; r < 9; r++) { for (int c = 0; c < 9; c++) printf("%d%c", g[r][c], c == 8 ? '\n' : ' '); } (void)boxId; return 0;}点「运行 ▶」看结果
它没有任何毛病 —— 造出来的盘面一定合法、一定有解、已知数个数说是多少就是多少。 可它和真题在一个关键统计量上差了三个数量级,而那个量正好决定这道题的搜索树有多大:
| 已知数 k | 40 | 34 | 30 | 26 | 24 |
|---|---|---|---|---|---|
| 随机挖洞:平均解数 | 3.8 | 8.8 | 88.5 | 1617.4 | 12131.0 |
| 随机挖洞:最多解数 | 10 | 26 | 265 | 3531 | 38567 |
而官方两组样例只有 3 个解和 85 个解 —— 样例 ① 的 30 个已知数在上表里对应「平均 88.5」, 它却只有 3 个。真题是设计出来的,接近唯一解;随机挖洞的盘面是松的。
| 拿什么数据量 | 第二版 → 第四版的试填次数 |
|---|---|
| 官方样例 ① | 74315 → 141,527 倍 |
| 十张随机挖洞盘面(k = 24) | 66622524 → 2312095,28.8 倍 |
同一招、同一份代码,倍数差了 18 倍,因为两边的数据根本不是一回事。
★ 而这两个数都不该丢掉:随机盘面的解多得多,谁也剪不掉「把每个解走一遍」这份工, 于是剪枝的相对收益被摊薄了;真题的解少,剪枝就能全额兑现。 ⇒ 这一页所有「值多少倍」的说法,都写清楚了是在哪一档数据上量的。
⚠ 顺带说清楚一件事:这不代表随机生成器没用。它抓 bug 很好使(第 ⑦ 步 297/300)。 不好使的是拿它去外推性能 —— 那要的是另一种数据。
9和算法无关,但会挂人的那一条:无解要输出 -1
题面最后一句:「如果这个数独无解,则输出整数 -1」。
best 的初值写成 0,有解时一分不差,无解时它打印 0。
// P1074 的**错法二**:和 p1074.cpp 一模一样,只把 `best` 的初值从 `-1` 写成了 `0`。//// 题面最后一句:「如果这个数独无解,则输出整数 -1」。`best` 写成 `0` 起步,// 有解的时候一分不差 —— **无解的时候它打印 0**。//// ★★★ 这个 bug 值得单独留一份,是因为它在对拍里的表现:// 用「挖洞」生成器(p1074Gen 的 mode 0)跑多少轮都抓不到,而且是**精确的 0** ——// 挖洞造出来的盘面**一定有解**,这一行代码根本没有机会执行。// ⇒ [第 12 章 P1226](/sol/p1226/) 那条判据:**造一档违反它的数据**(mode 1 随便撒),// 它当场就活了。「对拍 0 次」的两种原因里,这是**生成器缺一档**那一种。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static int g[9][9];static int row_[9], col_[9], box_[9]; // 9 位掩码:第 d-1 位 = 1 ⇒ 数字 d 已用static long long best = 0; // ★ 错在这里:无解时它会打印 0 // ★ 初值必须是 -1,不是 0(见 p1074Zero.cpp)static long long cur = 0; // 当前已填部分的得分static long long tries = 0, sols = 0; // ★ 试填次数(换尺子用)/ 完整解的个数
/** 格子 (r, c) 的分值:最外圈 6 分,往里一圈加 1,正中间 10 分。 */static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
static void dfs(int left) { // left = 还剩几个空格 if (left == 0) { sols++; best = max(best, cur); return; }
// ★ 搜索顺序剪枝:扫一遍所有空格,挑候选最少的那一个 int br = -1, bc = -1, bm = 0, bcnt = 10; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (g[r][c]) continue; int m = ~(row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & 0x1FF; int cnt = __builtin_popcount(m); if (cnt == 0) return; // ⚠ 白送的可行性剪枝:这一格已经没得填了 if (cnt < bcnt) { bcnt = cnt; bm = m; br = r; bc = c; if (cnt == 1) goto found; } }found: for (int m = bm; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, b = 1 << (d - 1), k = boxId(br, bc); tries++; // ★ 尺子:数「往格子里写了几次数字」,各版本可比 g[br][bc] = d; row_[br] |= b; col_[bc] |= b; box_[k] |= b; cur += (long long)val(br, bc) * d; dfs(left - 1); g[br][bc] = 0; row_[br] ^= b; col_[bc] ^= b; box_[k] ^= b; cur -= (long long)val(br, bc) * d; }}
int main(int argc, char** argv) { int left = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!(cin >> g[r][c])) return 0; if (g[r][c] == 0) { left++; continue; } int b = 1 << (g[r][c] - 1); // ⚠ 题面只说「一个尚未填满的数独方格」,**没保证已给的数字自己不打架** if ((row_[r] | col_[c] | box_[boxId(r, c)]) & b) { cout << -1 << "\n"; return 0; } row_[r] |= b; col_[c] |= b; box_[boxId(r, c)] |= b; cur += (long long)val(r, c) * g[r][c]; } dfs(left); cout << best << "\n"; if (argc > 1 && string(argv[1]) == "count") cerr << "tries=" << tries << " sols=" << sols << "\n"; return 0;}点「运行 ▶」看结果
| 生成器 | 300 轮里被抓 | 其中正解就是 -1 的轮数 |
|---|---|---|
| mode 0(挖洞) | 0 | 0 |
| mode 1(往空盘上随便撒) | 256 | 256 |
挖洞造出来的盘面一定有解(至少那张原图就是一个解)—— 那一行代码根本没有机会执行。这不是「概率低」,是结构上不可能。
⇒ 第 12 章 P1226 那条判据在这儿又走了一遍:「对拍 0 次」有两种原因 ——
「题面挡死」和「生成器缺一档」。分辨它们只要造一档:
mode 1 往空盘上一个一个撒数字(只要求撒下去那一刻不冲突),
仍然是完全合法的输入,而它当场就把这个 bug 打出来了。
★ 而两列数字一模一样(256 = 256):被抓的轮数恰好就是正解为 -1 的轮数, 一轮不多一轮不少。这是第 11 章 P1115 那条的复现 —— 对拍的抓获数不是概率,是一个计数;数得清的时候就把它数完,能当验算用。
题面只说「一个尚未填满的数独方格」,没有保证已给的那些数字彼此不冲突。 两个 5 落在同一行的盘面,是一个合法的输入,答案是 -1。
这一页所有版本在读入时都顺手验了一遍(撞了就直接输出 -1)。 不验的话,位掩码那几版会把重复的数字「或」成同一位 —— 冲突就此消失, 程序会一本正经地算出一个分数来。
10度量程序:这一页的每个数字都出自它
上面所有的表 —— 五个版本的两把尺子、五档已知数、两个错法的抓获率、
还有「题面那张 2829 分的图逐格抄下来自己加一遍」—— 都是这一份跑出来的,
并且逐条写进了 scripts/check-viz.mjs 的断言。
// P1074 的度量程序 —— 这一页所有数字都出自这一份。//// `./p1074Count` 人看的版本// `./p1074Count csv` 一行一项,给 scripts/check-viz.mjs 写断言用//// 五段:// ① 官方两组样例:五个版本各走了多少步(★ 两把尺子:试填次数 / 算掩码的次数);// ② 随机挖洞盘面(已知数 k = 24 / 26 / 30 / 34 / 40),同样两把尺子;// ③ ★★★ 这一页的主线:**解的个数** —— 官方样例只有 3 个和 85 个,// 而随机挖到同样多已知数的盘面动辄上万个。顺手写的生成器和真题不是一回事;// ④ 「找到一个解就 return」那个错法的抓获率(⚠ 官方样例 ① 放它过去了);// ⑤ 「best 初值写成 0」那个错法:挖洞档**精确的 0**,随便撒那档当场就活。//// ⚠ 里面的生成器必须和 p1074Gen.cpp 逐字一致(同样的 mt19937 种子算法、同样的 shuffle),// 否则这里算出来的数和真跑对拍对不上。
#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
static bool CSV = false;static void row(const char* key, const vector<long long>& v) { if (!CSV) return; printf("%s", key); for (long long x : v) printf(",%lld", x); printf("\n");}
static inline int val(int r, int c) { return 6 + min(min(r, c), min(8 - r, 8 - c)); }static inline int boxId(int r, int c) { return r / 3 * 3 + c / 3; }
/* ───────────────────────── 生成器(和 p1074Gen.cpp 逐字一致) ───────────────────────── */static int gg[9][9];static mt19937 rng;
static bool okScan(int r, int c, int v) { for (int j = 0; j < 9; j++) if (gg[r][j] == v) return false; for (int i = 0; i < 9; i++) if (gg[i][c] == v) return false; int br = r / 3 * 3, bc = c / 3 * 3; for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) if (gg[br + i][bc + j] == v) return false; return true;}static bool fillAll(int p) { if (p == 81) return true; int r = p / 9, c = p % 9, d[9] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; shuffle(d, d + 9, rng); for (int i = 0; i < 9; i++) if (okScan(r, c, d[i])) { gg[r][c] = d[i]; if (fillAll(p + 1)) return true; gg[r][c] = 0; } return false;}/** 造一张盘面到 board[9][9]。mode 0 = 挖洞(一定有解)/ 1 = 随便撒(多半无解)。 */static void gen(int seed, int k, int mode, int board[9][9]) { memset(gg, 0, sizeof gg); rng.seed((unsigned)seed * 2654435761u + 12345u); k = max(0, min(81, k)); if (mode == 0) { fillAll(0); int idx[81]; for (int i = 0; i < 81; i++) idx[i] = i; shuffle(idx, idx + 81, rng); for (int i = 0; i < 81 - k; i++) gg[idx[i] / 9][idx[i] % 9] = 0; } else { int put = 0; for (int guard = 0; guard < 20000 && put < k; guard++) { int r = rng() % 9, c = rng() % 9, v = rng() % 9 + 1; if (gg[r][c] || !okScan(r, c, v)) continue; gg[r][c] = v; put++; } } memcpy(board, gg, sizeof gg);}
/* ───────────────────────── 五个版本,一份参数化的实现 ───────────────────────── */enum Order { FIXED, ROWSORT, MRV };
struct Res { long long best, tries, scans, sols, cuts; };
static int b_[9][9], rowM[9], colM[9], boxM[9];static long long B_best, B_cur, B_tries, B_scans, B_sols, B_cuts;static bool B_bound, B_first, B_done;static Order B_ord;static int B_order[81], B_tot;
static void solveDfs(int i, int left) { if (left == 0) { B_sols++; B_best = max(B_best, B_cur); if (B_first) B_done = true; return; } int br, bc, bm; if (B_ord == MRV || B_bound) { br = bc = -1; bm = 0; int bcnt = 10; long long ub = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (b_[r][c]) continue; int m = ~(rowM[r] | colM[c] | boxM[boxId(r, c)]) & 0x1FF; B_scans++; if (m == 0) return; int cnt = __builtin_popcount(m); if (B_bound) ub += (long long)val(r, c) * (32 - __builtin_clz(m)); if (cnt < bcnt) { bcnt = cnt; bm = m; br = r; bc = c; if (cnt == 1 && !B_bound) goto found; } } if (B_bound && B_cur + ub <= B_best) { B_cuts++; return; } found:; } else { int p = B_order[i]; br = p / 9; bc = p % 9; bm = ~(rowM[br] | colM[bc] | boxM[boxId(br, bc)]) & 0x1FF; B_scans++; } int k = boxId(br, bc); for (int m = bm; m; m &= m - 1) { int d = __builtin_ctz(m) + 1, bit = 1 << (d - 1); B_tries++; b_[br][bc] = d; rowM[br] |= bit; colM[bc] |= bit; boxM[k] |= bit; B_cur += (long long)val(br, bc) * d; solveDfs(i + 1, left - 1); b_[br][bc] = 0; rowM[br] ^= bit; colM[bc] ^= bit; boxM[k] ^= bit; B_cur -= (long long)val(br, bc) * d; if (B_done) return; }}
static Res solve(const int board[9][9], Order ord, bool bound, bool first, long long init = -1) { memcpy(b_, board, sizeof b_); memset(rowM, 0, sizeof rowM); memset(colM, 0, sizeof colM); memset(boxM, 0, sizeof boxM); B_best = init; B_cur = 0; B_tries = B_scans = B_sols = B_cuts = 0; B_bound = bound; B_first = first; B_done = false; B_ord = ord;
int left = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) { if (!b_[r][c]) { left++; continue; } int bit = 1 << (b_[r][c] - 1); if ((rowM[r] | colM[c] | boxM[boxId(r, c)]) & bit) return {-1, 0, 0, 0, 0}; rowM[r] |= bit; colM[c] |= bit; boxM[boxId(r, c)] |= bit; B_cur += (long long)val(r, c) * b_[r][c]; }
B_tot = 0; if (ord == ROWSORT) { int blank[9] = {0}; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (!b_[r][c]) blank[r]++; int rid[9] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}; stable_sort(rid, rid + 9, [&](int a, int b) { return blank[a] < blank[b]; }); for (int i = 0; i < 9; i++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (!b_[rid[i]][c]) B_order[B_tot++] = rid[i] * 9 + c; } else if (ord == FIXED) { for (int p = 0; p < 81; p++) if (!b_[p / 9][p % 9]) B_order[B_tot++] = p; } solveDfs(0, left); return {B_best, B_tries, B_scans, B_sols, B_cuts};}
/** 第一版(扫 27 格判重):只为了数它的 ok() 调用次数 —— 试填次数和 FIXED 那版必然相同。 */static long long slowChecks;static int s_[9][9];static long long S_tries, S_sols;static bool sOk(int r, int c, int v) { slowChecks++; for (int j = 0; j < 9; j++) if (s_[r][j] == v) return false; for (int i = 0; i < 9; i++) if (s_[i][c] == v) return false; int br = r / 3 * 3, bc = c / 3 * 3; for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) if (s_[br + i][bc + j] == v) return false; return true;}static void sDfs(int p) { if (p == 81) { S_sols++; return; } int r = p / 9, c = p % 9; if (s_[r][c]) { sDfs(p + 1); return; } for (int v = 1; v <= 9; v++) if (sOk(r, c, v)) { S_tries++; s_[r][c] = v; sDfs(p + 1); s_[r][c] = 0; }}static void slowRun(const int board[9][9]) { memcpy(s_, board, sizeof s_); slowChecks = S_tries = S_sols = 0; // ⚠ 和 p1074Slow.cpp 逐字对齐:它开搜之前还要把已给的数字自己验一遍 for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (s_[r][c]) { int v = s_[r][c]; s_[r][c] = 0; sOk(r, c, v); s_[r][c] = v; } sDfs(0);}
/* ───────────────────────────────── 主程序 ───────────────────────────────── */static const char* SAMPLE[2] = { "7 0 0 9 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 5 9 0 0 0 0 0 2 0 0 0 8 0 0 0 5 0 2 0 0 0 3 " "0 0 0 0 0 0 6 4 8 4 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 2 0 9 0 2 0 1 0 6 0 8 0 4 0 8 0 5 0 4 0 1 2", "0 0 0 7 0 2 4 5 3 9 0 0 0 0 8 0 0 0 7 4 0 0 0 5 0 1 0 1 9 5 0 8 0 0 0 0 " "0 7 0 0 0 0 0 2 5 0 3 0 5 7 9 1 0 8 0 0 0 6 0 1 0 0 0 0 6 0 9 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 6",};
static void parse(const char* txt, int board[9][9]) { istringstream in(txt); for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) in >> board[r][c];}
int main(int argc, char** argv) { CSV = (argc > 1 && string(argv[1]) == "csv");
/* ① 官方两组样例 */ if (!CSV) printf("① 官方两组样例(答案 / 试填次数 / 算掩码次数 / 解数)\n"); for (int s = 0; s < 2; s++) { int board[9][9]; parse(SAMPLE[s], board); Res fx = solve(board, FIXED, false, false); Res rw = solve(board, ROWSORT, false, false); Res mv = solve(board, MRV, false, false); Res bd = solve(board, MRV, true, false); Res ft = solve(board, MRV, false, true); slowRun(board); if (!CSV) printf(" 样例 %d:答案 %lld,解 %lld 个|第一版 试填 %lld / 扫 27 格 %lld 次" "|位运算 试填 %lld / 掩码 %lld|行排序 %lld / %lld|候选最少 %lld / %lld" "|再加上界 %lld / %lld(走完的解 %lld、剪 %lld 次)|找到就停 → %lld\n", s + 1, mv.best, mv.sols, S_tries, slowChecks, fx.tries, fx.scans, rw.tries, rw.scans, mv.tries, mv.scans, bd.tries, bd.scans, bd.sols, bd.cuts, ft.best); char key[32]; snprintf(key, sizeof key, "sample%d", s + 1); row(key, {mv.best, mv.sols, S_tries, slowChecks, fx.tries, fx.scans, rw.tries, rw.scans, mv.tries, mv.scans, bd.tries, bd.scans, bd.sols, bd.cuts, ft.best}); }
/* ② 随机挖洞盘面:已知数 k 一档一档往下压 */ const int KS[5] = {40, 34, 30, 26, 24}; const int BOARDS = 10; if (!CSV) printf("\n② 随机挖洞盘面(每档 %d 张,四个版本的 试填次数 / 掩码次数 合计)\n", BOARDS); vector<long long> avgSols, maxSols; for (int t = 0; t < 5; t++) { long long a[8] = {0}, sols = 0, mxSols = 0, bdSols = 0; for (int s = 1; s <= BOARDS; s++) { int board[9][9]; gen(s, KS[t], 0, board); Res fx = solve(board, FIXED, false, false); Res rw = solve(board, ROWSORT, false, false); Res mv = solve(board, MRV, false, false); Res bd = solve(board, MRV, true, false); a[0] += fx.tries; a[1] += fx.scans; a[2] += rw.tries; a[3] += rw.scans; a[4] += mv.tries; a[5] += mv.scans; a[6] += bd.tries; a[7] += bd.scans; sols += mv.sols; mxSols = max(mxSols, mv.sols); bdSols += bd.sols; } avgSols.push_back(sols * 100 / BOARDS); maxSols.push_back(mxSols); if (!CSV) printf(" k = %2d:位运算 %lld / %lld|行排序 %lld / %lld|候选最少 %lld / %lld" "|再加上界 %lld / %lld|解数合计 %lld(平均 %.2f,最多 %lld)\n", KS[t], a[0], a[1], a[2], a[3], a[4], a[5], a[6], a[7], sols, sols * 1.0 / BOARDS, mxSols); if (!CSV) printf(" └ 加了上界那版真正「走完」的解只有 %lld 个\n", bdSols); char key[32]; snprintf(key, sizeof key, "k%d", KS[t]); row(key, {a[0], a[1], a[2], a[3], a[4], a[5], a[6], a[7], sols, bdSols}); }
row("avgSols", avgSols); row("maxSols", maxSols);
/* ③ ★★★ 主线在这儿:官方样例只有 3 个和 85 个解,而随机挖到同样多已知数的盘面上万个。 (数字就是 ① 和 ② 里的 sols —— 不再重算一遍,省一份 check:viz 的时间。) */
/* ④ 「找到一个解就 return」的抓获率 */ if (!CSV) printf("\n④ 「找到就停」那个错法:300 轮里被抓多少次\n"); { vector<long long> got; for (int k : {40, 30, 24}) { int bad = 0; for (int s = 1; s <= 300; s++) { int board[9][9]; gen(s, k, 0, board); if (solve(board, MRV, false, true).best != solve(board, MRV, false, false).best) bad++; } got.push_back(bad); if (!CSV) printf(" k = %2d:%d / 300\n", k, bad); } row("firstCatch", got); }
/* ⑤ 「best 初值 0」的抓获率:挖洞档必然是 0,随便撒那档才活 */ if (!CSV) printf("\n⑤ 「best 初值写成 0」那个错法:两种生成器差在哪\n"); { vector<long long> got; for (int mode : {0, 1}) { int bad = 0, unsolvable = 0; for (int s = 1; s <= 300; s++) { int board[9][9]; gen(s, 26, mode, board); long long okAns = solve(board, MRV, false, false).best; long long zero = solve(board, MRV, false, false, 0).best; if (okAns == -1) unsolvable++; if (okAns != zero) bad++; } got.push_back(bad); got.push_back(unsolvable); if (!CSV) printf(" mode %d(%s):抓到 %d / 300,其中正解就是 -1 的有 %d 轮\n", mode, mode == 0 ? "挖洞" : "随便撒", bad, unsolvable); } row("zeroCatch", got); }
/* ⑥ ★ 一条和搜索完全无关的验算路:题面**第二张图**上那个填好的盘面, 逐格抄下来,直接按「分值 × 数字」加一遍 —— 看它是不是真的 2829, 以及它是不是样例 ① 的**最高分**那一个。 */ if (!CSV) printf("\n⑥ 题面那张 2829 分的图:逐格抄下来自己加一遍\n"); { static const char* FILLED = "7 5 4 9 3 8 2 6 1 1 2 8 6 4 5 9 3 7 6 3 9 2 1 7 4 8 5 " "8 6 5 4 2 9 1 7 3 9 7 2 3 5 1 6 4 8 4 1 3 8 7 6 5 2 9 " "5 4 7 1 8 2 3 9 6 2 9 1 7 6 3 8 5 4 3 8 6 5 9 4 7 1 2"; int f[9][9]; parse(FILLED, f); long long sum = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) sum += (long long)val(r, c) * f[r][c]; // 合法性:每行 / 每列 / 每宫都恰好是 1~9 int bad = 0; for (int i = 0; i < 9; i++) { int mr = 0, mc = 0, mb = 0; for (int j = 0; j < 9; j++) { mr |= 1 << (f[i][j] - 1); mc |= 1 << (f[j][i] - 1); mb |= 1 << (f[i / 3 * 3 + j / 3][i % 3 * 3 + j % 3] - 1); } if (mr != 0x1FF || mc != 0x1FF || mb != 0x1FF) bad++; } // 它是不是样例 ① 的解(每个已给的数字都对得上) int s1[9][9]; parse(SAMPLE[0], s1); int mismatch = 0; for (int r = 0; r < 9; r++) for (int c = 0; c < 9; c++) if (s1[r][c] && s1[r][c] != f[r][c]) mismatch++; if (!CSV) printf(" 得分 %lld|不合法的行/列/宫 %d 处|和样例 ① 已给数字对不上的 %d 处\n", sum, bad, mismatch); row("figure", {sum, bad, mismatch}); } return 0;}点「运行 ▶」看结果
这一页的秒表数字:A 机(6.18.33.2-microsoft-standard-WSL2,8 线程 / 7 GB,
Windows + WSL2),2026-08-28,独占(dev server 已停,ps 确认没有别的负载),
每档跑 5 遍取最小值,单位是「十张 k = 24 的盘面全部跑完」。
⚠ 已知数 26 个以上的档整批只要几十毫秒,十次进程启动本身就占掉 10 毫秒左右 —— 那些档的秒表没有意义,所以表里只留了 k = 24 那一档。 次数类的数字(试填次数、算掩码次数、解数、抓获数)跨机器不变,可以直接对。
11一页纸
| 关键的一步 | 每填一格就重新挑「候选最少」的那一格(本章的搜索顺序剪枝) |
| 哪一版能 AC | 第四版 p1074.cpp(位运算判重 + 候选最少) |
| 最容易写错的一行 | 「找到一个解就 return」—— ⚠ 官方样例 ① 放它过去 |
| 和算法无关的那一条 | 无解输出 -1(best 初值别写 0);已给的数字自己也可能打架 |
| 这一页的主线 | 「一招剪枝值多少倍」有三把尺子,而它们一路在打架; 而「值多少倍」的另一个主语是数据:官方样例 527 倍 vs 随机盘面 28.8 倍 |
| 最反直觉的一处 | 最优性剪枝砍掉 99.92% 的解,只省 28.5% 的试填,秒表反而慢 25% |