js解三阶幻方代码实例

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三阶幻方, 试将1~9这9个不同整数填入一个3×3的表格,使得每行、每列以及每条对角线上的数字之和相同。策略:穷举搜索。列出所有的整数填充方案,然后进行过滤。

亮点为递归函数getPermutation的设计,文章最后给出了几个非递归算法。

代码如下:

// 递归算法,很巧妙,但太费资源
function getPermutation(arr) {
  if (arr.length == 1) {
    return [arr];
  }
  var permutation = [];
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    var firstEle = arr[i];         //取第一个元素
    var arrClone = arr.slice(0);      //复制数组
    arrClone.splice(i, 1);         //删除第一个元素,减少数组规模
    var childPermutation = getPermutation(arrClone);//递归
    for (var j = 0; j < childPermutation.length; j++) {
      childPermutation[j].unshift(firstEle);   //将取出元素插入回去
    }
    permutation = permutation.concat(childPermutation);
  }
  return permutation;
}
  
function validateCandidate(candidate) {
  var sum = candidate[0] + candidate[1] + candidate[2];
  for (var i = 0; i < 3; i++) {
    if (!(sumOfLine(candidate, i) == sum && sumOfColumn(candidate, i) == sum)) {
      return false;
    }
  }
  if (sumOfDiagonal(candidate, true) == sum && sumOfDiagonal(candidate, false) == sum) {
    return true;
  }
  return false;
}
function sumOfLine(candidate, line) {
  return candidate[line * 3] + candidate[line * 3 + 1] + candidate[line * 3 + 2];
}
function sumOfColumn(candidate, col) {
  return candidate[col] + candidate[col + 3] + candidate[col + 6];
}
function sumOfDiagonal(candidate, isForwardSlash) {
  return isForwardSlash ? candidate[2] + candidate[4] + candidate[6] : candidate[0] + candidate[4] + candidate[8];
}
  
var permutation = getPermutation([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
var candidate;
for (var i = 0; i < permutation.length; i++) {
  candidate = permutation[i];
  if (validateCandidate(candidate)) {
    break;
  } else {
    candidate = null;
  }
}
if (candidate) {
  console.log(candidate);
} else {
  console.log('No valid result found');
}
  
//求模(非递归)全排列算法
  
/*
算法的具体示例:
*求4个元素["a", "b", "c", "d"]的全排列, 共循环4!=24次,可从任意>=0的整数index开始循环,每次累加1,直到循环完index+23后结束;
*假设index=13(或13+24,13+224,13+3*24…),因为共4个元素,故迭代4次,则得到的这一个排列的过程为:
*第1次迭代,13/1,商=13,余数=0,故第1个元素插入第0个位置(即下标为0),得["a"];
*第2次迭代,13/2, 商=6,余数=1,故第2个元素插入第1个位置(即下标为1),得["a", "b"];
*第3次迭代,6/3, 商=2,余数=0,故第3个元素插入第0个位置(即下标为0),得["c", "a", "b"];
*第4次迭代,2/4,商=0,余数=2, 故第4个元素插入第2个位置(即下标为2),得["c", "a", "d", "b"];
*/
  
function perm(arr) {
  var result = new Array(arr.length);
  var fac = 1;
  for (var i = 2; i <= arr.length; i++)  //根据数组长度计算出排列个数
    fac *= i;
  for (var index = 0; index < fac; index++) { //每一个index对应一个排列
    var t = index;
    for (i = 1; i <= arr.length; i++) {   //确定每个数的位置
      var w = t % i;
      for (var j = i - 1; j > w; j--)   //移位,为result[w]留出空间
        result[j] = result[j - 1];
      result[w] = arr[i - 1];
      t = Math.floor(t / i);
    }
    if (validateCandidate(result)) {
      console.log(result);
      break;
    }
  }
}
perm([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
//很巧妙的回溯算法,非递归解决全排列
  
function seek(index, n) {
  var flag = false, m = n; //flag为找到位置排列的标志,m保存正在搜索哪个位置,index[n]为元素(位置编码)
  do {
    index[n]++;    //设置当前位置元素
    if (index[n] == index.length) //已无位置可用
      index[n--] = -1; //重置当前位置,回退到上一个位置
    else if (!(function () {
        for (var i = 0; i < n; i++)  //判断当前位置的设置是否与前面位置冲突
          if (index[i] == index[n]) return true;//冲突,直接回到循环前面重新设置元素值
        return false;  //不冲突,看当前位置是否是队列尾,是,找到一个排列;否,当前位置后移
      })()) //该位置未被选择
      if (m == n) //当前位置搜索完成
        flag = true;
      else
        n++;  //当前及以前的位置元素已经排好,位置后移
  } while (!flag && n >= 0)
  return flag;
}
function perm(arr) {
  var index = new Array(arr.length);
  for (var i = 0; i < index.length; i++)
    index[i] = -1;
  for (i = 0; i < index.length - 1; i++)
    seek(index, i);  //初始化为1,2,3,...,-1 ,最后一位元素为-1;注意是从小到大的,若元素不为数字,可以理解为其位置下标
  while (seek(index, index.length - 1)) {
    var temp = [];
    for (i = 0; i < index.length; i++)
      temp.push(arr[index[i]]);
    if (validateCandidate(temp)) {
      console.log(temp);
      break;
    }
  }
}
perm([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
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