数独游戏项目报告
數(shù)獨(dú)游戲
一、項(xiàng)目開發(fā)的PSP表格總結(jié)
| Planning | 計(jì)劃 | 80 | 60 |
| · Estimate | · 估計(jì)這個(gè)任務(wù)需要多少時(shí)間 | 600 | 600 |
| Development | 開發(fā) | 120 | 120 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括學(xué)習(xí)新技術(shù)) | 180 | 180 |
| · Design Spec | · 生成設(shè)計(jì)文檔 | 150 | 150 |
| · Design Review | · 設(shè)計(jì)復(fù)審 (和同事審核設(shè)計(jì)文檔) | 60 | 60 |
| · Coding Standard | · 代碼規(guī)范 (為目前的開發(fā)制定合適的規(guī)范) | 60 | 60 |
| · Design | · 具體設(shè)計(jì) | 180 | 180 |
| · Coding | · 具體編碼 | 120 | 120 |
| · Code Review | · 代碼復(fù)審 | 30 | 30 |
| · Test | · 測(cè)試（自我測(cè)試，修改代碼，提交修改） | 300 | 300 |
| Reporting | 報(bào)告 | 200 | 220 |
| · Test Report | · 測(cè)試報(bào)告 | 180 | 200 |
| · Size Measurement | · 計(jì)算工作量 | 20 | 30 |
| · Postmortem & Process Improvement Plan | · 事后總結(jié), 并提出過程改進(jìn)計(jì)劃 | 60 | 60 |
| 合計(jì) | 2340 | 2370 |
二、項(xiàng)目介紹及要求
項(xiàng)目：生成數(shù)獨(dú)終局并且能求解數(shù)獨(dú)問題的控制臺(tái)程序
項(xiàng)目需求：
在命令行中使用-c參數(shù)加數(shù)字N（1<=N<=1000000)控制生成數(shù)獨(dú)終局的數(shù)量，例如下述命令將生成20個(gè)數(shù)獨(dú)終局至文件中：
sudoku -c 20將生成的數(shù)獨(dú)終局用一個(gè)文本文件（假設(shè)名字叫 sudoku.txt）的形式保存起來，每次生成的txt文件需要覆蓋上次生成的txt文件，文件內(nèi)的格式如下，數(shù)與數(shù)之間由空格分開，終局與終局之間空一行，行末無空格：
2 6 8 4 7 3 9 5 1 3 4 1 9 6 5 2 7 8 7 9 5 8 1 2 3 6 4 5 7 4 6 2 1 8 3 9 1 3 9 5 4 8 6 2 7 8 2 6 3 9 7 4 1 5 9 1 7 2 8 6 5 4 3 6 8 3 1 5 4 7 9 2 4 5 2 7 3 9 1 8 64 5 1 7 8 2 3 6 9 7 8 6 4 9 3 5 2 1 3 9 2 1 5 6 4 8 7 5 2 7 6 4 9 8 1 3 9 6 8 5 3 1 2 7 4 1 3 4 2 7 8 6 9 5 8 1 5 3 6 7 9 4 2 6 7 3 9 2 4 1 5 8 2 4 9 8 1 5 7 3 69 5 8 3 6 7 1 2 4 2 3 7 4 5 1 9 6 8 1 4 6 9 2 8 3 5 7 6 1 2 8 7 4 5 9 3 5 7 3 6 1 9 4 8 2 4 8 9 2 3 5 6 7 1 7 2 4 5 9 3 8 1 6 8 9 1 7 4 6 2 3 5 3 6 5 1 8 2 7 4 9 ……程序在處理命令行參數(shù)時(shí)，不僅能處理格式正確的參數(shù)，還能夠處理各種異常的情況，如：
sudoku.exe -c abc
在生成數(shù)獨(dú)矩陣時(shí)，左上角的第一個(gè)數(shù)為：（學(xué)號(hào)后兩位相加）% 9 + 1。例如學(xué)生A學(xué)號(hào)后2位是80，則該數(shù)字為（8+0）% 9 + 1 = 9，那么生成的數(shù)獨(dú)棋盤應(yīng)如下（x表示滿足數(shù)獨(dú)規(guī)則的任意數(shù)字）：
9 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x二、需求分析
1.功能建模
0層圖：
1層圖：
2.功能建模
#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .label{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family);fill:#333;color:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .label text{fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node rect,#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node circle,#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node ellipse,#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node polygon,#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1px}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node .label{text-align:center;fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .node.clickable{cursor:pointer}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .arrowheadPath{fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .edgePath .path{stroke:#333;stroke-width:1.5px}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .flowchart-link{stroke:#333;fill:none}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .edgeLabel rect{opacity:0.9}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .edgeLabel 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verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .section{stroke:none;opacity:0.2}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .section0{fill:rgba(102,102,255,0.49)}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .section2{fill:#fff400}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .section1,#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .section3{fill:#fff;opacity:0.2}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .sectionTitle0{fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .sectionTitle1{fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .sectionTitle2{fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .sectionTitle3{fill:#333}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .sectionTitle{text-anchor:start;font-size:11px;text-height:14px;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .grid .tick{stroke:#d3d3d3;opacity:0.8;shape-rendering:crispEdges}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .grid .tick text{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-Q4KPT1pnrgOPX4P7 .grid 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在拿到題目的時(shí)候，首先我們不難看出項(xiàng)目的關(guān)鍵在于生成1000000中不同的數(shù)獨(dú)。在此之前我們應(yīng)該先來了解一下數(shù)獨(dú)的含義。
百度百科如下所示：
在了解完數(shù)獨(dú)之后，我們就要來想一想怎么去實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程。
在上網(wǎng)查詢完資料之后，我選擇了一種較為簡(jiǎn)單且較為好理解的一種算法。
根據(jù)項(xiàng)目要求，我們數(shù)獨(dú)的第一行第一個(gè)數(shù)字是確定的。以我為例，我的學(xué)號(hào)后兩位37計(jì)算所得到的首數(shù)字就為2。
首先，我們先考慮行內(nèi)變換，因?yàn)閿?shù)獨(dú)的其中一行變換，其他的也要變換，所以我們只考慮第一行的情況就可以。因?yàn)榈谝恍械氖讛?shù)字確認(rèn)，所以我們對(duì)其他8個(gè)數(shù)字進(jìn)行全排列，得到8！種方案，也就是40320種方案，
核心代碼為：
但是這還不夠項(xiàng)目所要求的1000000種方案。那么接下來我們就可以進(jìn)行行間變換，首先我們知道數(shù)獨(dú)中九宮格內(nèi)的數(shù)字各不相同，一個(gè)九宮格包含三行。
那么我們就可以在2-3,4-6,7-9行間進(jìn)行交換。同理，我們也對(duì)他們進(jìn)行全排列,這樣我們就可以得到2！*3！*3！*8！=2903040種方案，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足項(xiàng)目所要求的1000000種方案，由于該全排列數(shù)目較少，所以我們可以直接列出交換順序，如下所示：
這樣我們就完成了數(shù)獨(dú)生成方面的算法思路構(gòu)造。
四、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程
在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，我采用的是結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法，開發(fā)語(yǔ)言為C++。因?yàn)関s上自帶的性能分析和單元測(cè)試工具，所以我的開發(fā)平臺(tái)為vs2019.
首先我設(shè)計(jì)了程序流程圖如下所示：
在整理完程序的流程圖之后，我們就開始結(jié)構(gòu)化編程了。首先來說明一下我所定義的函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如下所示：
Shudo:（存放完整數(shù)獨(dú)）
打印函數(shù)PrintSudoku：將信息打印到sudoku.txt文件中
void PrintSudoku(FILE* fp, Shudo shudo, int num)全排列函數(shù)Permutation：對(duì)第一行進(jìn)行全排列，獲取第一行行間交換的所有情況
void Permutation(int now)創(chuàng)造數(shù)獨(dú)函數(shù)CreatSudoku：根據(jù)所需數(shù)獨(dú)個(gè)數(shù)生成數(shù)獨(dú)
int CreatSudoku(int count)下面就來展示程序的具體實(shí)現(xiàn)過程：
首先，我們現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)思路自我定義一個(gè)初始的一行數(shù)據(jù)以及第一行變換所得其他行的數(shù)據(jù)變更順序，代碼如下：
int firstline[40320][9] = { 0 };//用一個(gè)二維數(shù)組來存放第一行的變換情況，也就是8！種 int first[size] = { 2,3,4,5,6,7,8,9,1 };//存放初始的第一行數(shù)字 int shunxu[9] = { 0,3,6,1,4,7,2,5,8 };//表示行間的交換順序 int num = 0;由于行間交換的全排列情況較少，所以我們可以提前進(jìn)行定義，減少程序運(yùn)行時(shí)間，代碼如下：
//行間交換順序全排列結(jié)果 int paixu1_3[2][3] = { {0,1,2},{0,2,1} }; int paixu4_6[6][3] = { {3,4,5},{3,5,4},{4,3,5},{4,5,3},{5,3,4},{5,4,3} }; int paixu7_9[6][3] = { {6,7,8},{6,8,7},{7,6,8},{7,8,6},{8,6,7},{8,7,6} };之后我們?cè)趯?duì)打印輸出函數(shù)PrintSudoku和全排列函數(shù)Permutation進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其中全排列算法我參考了全排列算法的理解與實(shí)現(xiàn)（遞歸+字典序）這篇文章，文章講得很好，讓我完全理解了全排列算法的思想，兩個(gè)函數(shù)的代碼構(gòu)造如下:
void PrintSudoku(FILE* fp, Shudo shudo, int num) {if (num != 0)fputc('\n', fp);for (int i = 0;i < 9;i++) {for (int j = 0;j < 9;j++) {fprintf(fp, "%d%c", shudo.form[i][j], j == 8 ? '\n' : ' ');}} } //對(duì)第一行進(jìn)行全排列 void Permutation(int now) {if (now == 8) {for (int i = 0;i < 9;i++) {firstline[num][i] = first[i];}num++;}else {for (int i = now;i < 9;i++) {swap(first[i], first[now]);//把要打頭的數(shù)放到最開頭的位置Permutation(now + 1);swap(first[i], first[now]);//為避免重復(fù)排序，每個(gè)數(shù)打頭結(jié)束后都恢復(fù)初始排序,防止重復(fù)的方法很多，不止這一種}} }之后就是我們的核心函數(shù) CreatSudoku的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了。因?yàn)槲覀円呀?jīng)獲得第一行行間交換的所有情況，所以我們可以直接根據(jù)之前設(shè)定好的**shunxu[9]**中所表示的數(shù)據(jù)來直接得到其余8行的數(shù)據(jù)，之后根據(jù)外部傳來的參數(shù)來決定行間交換的次數(shù)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)生成數(shù)獨(dú)的功能了。代碼如下：
//構(gòu)造所需的數(shù)獨(dú) int CreatSudoku(int count) {FILE* fp;fp = fopen("sudoku.txt", "w");//只允許寫入int num = 0;Shudo shudu;for (int i = 0;i < 40320;i++) {Shudo backup;//為每一種第一行情況構(gòu)造完整數(shù)獨(dú)for (int j = 0;j < 9;j++) {backup.form[0][j] = firstline[i][j];}for (int j = 1;j < 9;j++) {for (int k = 0;k < 9;k++) {backup.form[j][k] = backup.form[0][(k + shunxu[j]) % 9];}}shudu = backup;//將構(gòu)造好的數(shù)獨(dú)進(jìn)行行間交換for (int j = 0;j < 1;j++) {for (int k = 0;k < 6;k++) {for (int l = 0;l < 6;l++) {if (num < count) {for (int m = 0;m < 3;m++) {for (int n = 0;n < 9;n++) {shudu.form[m][n] = backup.form[paixu1_3[j][m]][n];}}for (int m = 3;m < 6;m++) {for (int n = 0;n < 9;n++) {shudu.form[m][n] = backup.form[paixu4_6[k][m - 3]][n];}}for (int m = 6;m < 9;m++) {for (int n = 0;n < 9;n++) {shudu.form[m][n] = backup.form[paixu7_9[l][m - 6]][n];}}PrintSudoku(fp, shudu, num);num++;}else if (num == count) {fclose(fp);return 1;}else if (num > count) {fclose(fp);printf("程序運(yùn)行錯(cuò)誤!\n");}}}}}//若程序運(yùn)營(yíng)到這里還沒有終止，表示程序出錯(cuò)fclose(fp);printf("程序運(yùn)行錯(cuò)誤!\n"); }最后就是我們主函數(shù)main的構(gòu)造：
首先我們先對(duì)命令行參數(shù)進(jìn)行一系列的判斷，這里就不具體描述了，詳見代碼。如果符合，我們就先調(diào)用全排列函數(shù)，獲取第一行行間交換的所有情況，之后將需要的數(shù)獨(dú)個(gè)數(shù)傳入數(shù)獨(dú)生成函數(shù)中，就完成了項(xiàng)目的要求，代碼如下：
注意：其中的返回值沒有特殊含義，是為了方便單元測(cè)試路徑測(cè)試所設(shè)立的
五、程序正確性以及性能測(cè)試
程序正確性測(cè)試:輸入范圍限制在 1-1000，要求程序在 60 s 內(nèi)給出結(jié)果，超時(shí)則認(rèn)定運(yùn)行結(jié)果無效
下圖為生成1000個(gè)數(shù)獨(dú)的正確性測(cè)試結(jié)果：
程序性能測(cè)試：輸入范圍限制在 10000-1000000，沒有時(shí)間的最小要求限制
下圖為生成1000000個(gè)數(shù)獨(dú)的性能測(cè)試結(jié)果：
六、單元測(cè)試的設(shè)計(jì)及性能分析
在單元測(cè)試中，我們應(yīng)用的是vs自帶的工具，首先我們創(chuàng)建一個(gè)test.h的頭文件，將我們要測(cè)試的模塊寫進(jìn)去。之后創(chuàng)建測(cè)試項(xiàng)目UnitTest1。
根據(jù)程序流程圖以及main函數(shù)的編寫，我采用的單元測(cè)試策略為條件組合測(cè)試，一共設(shè)計(jì)了5個(gè)測(cè)試用例，測(cè)試代碼如下所示：
VS的測(cè)試結(jié)果圖片如下所示：
之后我們利用VS的性能探查器來進(jìn)行性能分析
結(jié)果如下所示：
通過上圖我們可以看出，程序的時(shí)間主要消耗在打印輸出方面了，因此我們可以通過改進(jìn)輸出流來進(jìn)行程序的優(yōu)化，可以節(jié)約大量的時(shí)間。
七、第一階段總結(jié)與反思
在第一階段的任務(wù)中，我第一次感覺到了軟件工程的必要性，深深地意識(shí)到軟件的開發(fā)不只是編程這么簡(jiǎn)單，編程知識(shí)軟件工程中的一部分。
在項(xiàng)目的開始，由于對(duì)各種工具缺乏認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致我開始的進(jìn)程十分緩慢，開發(fā)過程十分沒有動(dòng)力，但逐漸了解這些工具之后，我深深的感受到了這些工具對(duì)我們的幫助。其中單元測(cè)試、性能分析以及需求分析過程中的建模也用到了我們課程所學(xué)的知識(shí)，讓我學(xué)以致用，收獲了許多！
總結(jié)
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