【算法导论】幻方算法

        说起幻方,大家应该在小学时候就已经接触过了,最简单的就是九宫格,射雕英雄传中的那段至今还记得:戴九履一,左三右七,二四为肩,六八为足。下面我们就来看看这个有趣的问题。

        幻方可以分为:奇数阶幻方、双偶阶幻方、单偶阶幻方

奇数阶幻方

       上面所说的九宫格就是典型的奇数阶幻方,奇数阶幻方值得是阶数为奇数的幻方。其最经典的填法是罗伯法。首先 把1(或最小的数)放在第一行正中;按以下规律排列剩下的(n×n-1)个数,具体步骤为:

(1)每一个数放在前一个数的右上一格;

(2)如果这个数所要放的格已经超出了顶行那么就把它放在底行,仍然要放在右一列;

(3)如果这个数所要放的格已经超出了最右列那么就把它放在最左列,仍然要放在上一行;

(4)如果这个数所要放的格已经超出了顶行且超出了最右列,那么就把它放在底行且最左列;

(5)如果这个数所要放的格已经有数填入,那么就把它放在前一个数的下一行同一列的格内。

上述步骤可以总结为七言绝句:                 

                                                                               奇幻七绝

  先填上行正中央,

  依次斜填切莫忘。

  上格没有顶格填,

  顶格没有底格放。

 

下面有人通过作图可以很好的解释这几句话,现借鉴如下:

从上面的图可以看出,该图与我们前面的九宫格口诀不相符,上下颠倒了。但是这都是对的,本质上没有区别。

双偶数阶幻方

所谓双偶阶幻方就是当n可以被4整除时的偶阶幻方,即4K阶幻方。其最经典的填法为海尔法,下面以8阶幻方为例,具体的填法为:

(1)先把数字按顺序填。然后,按4×4把它分割成4块(如图)


1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


17


18


19


20


21


22


23


24


25


26


27


28


29


30


31


32


33


34


35


36


37


38


39


40


41


42


43


44


45


46


47


48


49


50


51


52


53


54


55


56


57


58


59


60


61


62


63


64

(2)每个小方阵对角线上的数字(如左上角小方阵部分),换成和它互补的数。


64


2


3


61


60


6


7


57


9


55


54


12


13


51


50


16


17


47


46


20


21


43


42


24


40


26


27


37


36


30


31


33


32


34


35


29


28


38


39


25


41


23


22


44


45


19


18


48


49


15


14


52


53


11


10


56


8


58


59


5


4


62


63


1

单偶数阶幻方

所谓单偶阶幻方就是当n不可以被4整除时的偶阶幻方,即4K+2阶幻方。如(n=6,10,……)的幻方。其经典的填法为斯特拉兹法,以10阶幻方为例,具体的步骤如下:

1)把魔方阵分为A,B,C,D四个象限,这样每一个象限肯定是奇数阶。用罗伯法,依次在A象限,D象限,B象限,C象限按奇数阶幻方的填法填数。

(2)在A象限的中间行、中间格开始,按自左向右的方向,标出k格。A象限的其它行则标出最左边的k格。将这些格,和C象限相对位置上的数互换位置。

(3)在B象限所有行的中间格,自右向左,标出k-1格。(注:6阶幻方由于k-1=0,所以不用再作B、D象限的数据交换),将这些格,和D象限相对位置上的数互换位置。

具体的程序实现如下:

#include<stdio.h>

//注意由于matrix大小(可以更改)给定,能最大生成10阶幻方
bool check(int matrix[10][10],int n)//判断是否为幻方
{
	int sum=0;
	int temp=0;
	int i=0,j=0,k=0;
	for( i=0;i<n;i++)
		sum=sum+matrix[0][i];//得到一行或列的总和
	for(j=1;j<n;j++)//检查行
	{
		temp=0;
		for(k=0;k<n;k++)
			temp=temp+matrix[j][k];
		if(temp!=sum)
			return false;

	}
	for( j=0;j<n;j++)//检查列
	{
		temp=0;
		for(k=0;k<n;k++)
			temp=temp+matrix[k][j];
		if(temp!=sum)
			return false;
	}
	temp=0;
	for(i=0;i<n;i++)
		temp=temp+matrix[i][i];//检查主对角线
	if(temp!=sum)
		return false;

	temp=0;
	for(i=0;i<n;i++)
		temp=temp+matrix[i][n-1-i];//检测副对角线
	if(temp!=sum)
		return false;
printf("该方阵为幻方!\n");
return true;

}

void Odd(int n,int matrix[10][10])//奇数阶幻方
{
	int i=0,j=n/2;
	int number=1;
	for(int k=0;k<n*n;k++)
	{
		matrix[i][j]=number;

		i--;
		j++;
		number++;

		if(i<0&&j<n)//出上界
		{
			i=n-1;

		}
		else if(i>=0&&j>=n)//出右界
		{
			j=0;
		}
		else if(i<0&&j>=n)//右、上出界
		{

			if(matrix[n-1][0]!=0)//底格放
			{
				i=i+2;
				j=j-1;
			}
			else
			{
			i=n-1;
			j=0;
			}

		}
		if(matrix[i][j]!=0)//底格放
		{
			i=i+2;
			j=j-1;
		}
	}
}

void DoubleEven(int n,int matrix[10][10])//双偶数阶幻方
{

	int number=1;
	int temp=0;
	int i=0,j=0,k=0;
	for(i=0;i<n;i++)
		for(j=0;j<n;j++)
			matrix[i][j]=number++;//初始化

	for(i=0;i<n;i=i+4)
		for(j=0;j<n;j=j+4)
			for(k=0;k<4;k++)
			{
				matrix[i+k][j+k]=n*n+1-matrix[i+k][j+k];//每个对角线的数换成互补的数
				matrix[i+k][j+3-k]=n*n+1-matrix[i+k][j+3-k];
			}

}

void SingleEven(int n,int matrix[10][10])//单偶数阶幻方
{
	int degree=n/2;
	int flag=n/4;
	int i=0,j=0,k=0;
	int temp=0;

	int matrix1[10][10]={0};//将大矩阵化为A B C D四个小矩阵
	int matrix2[10][10]={0};
	int matrix3[10][10]={0};
	int matrix4[10][10]={0};

	Odd(degree,matrix1);//对每一个矩阵进行奇数幻方算法
	for(i=0;i<degree;i++)
		for(j=0;j<degree;j++)
		{
			matrix2[i][j]=matrix1[i][j]+degree*degree;
			matrix3[i][j]=matrix1[i][j]+degree*degree*2;
			matrix4[i][j]=matrix1[i][j]+degree*degree*3;
		}

	for(i=0;i<degree;i++)//对A C矩阵按照规则进行数据交换
		for(j=0;j<flag;j++)
			if(i!=(degree/2))
			{
				temp=matrix1[i][j];
				matrix1[i][j]=matrix4[i][j];
				matrix4[i][j]=temp;
			}
			else
			{
				temp=matrix1[i][j+degree/2];
				matrix1[i][j+degree/2]=matrix4[i][j+degree/2];
				matrix4[i][j+degree/2]=temp;
			}
	for(i=0;i<degree;i++)//对B D矩阵按照规则进行数据交换
		for(j=0;j<flag-1;j++)
		{
			temp=matrix2[i][j+degree/2];
			matrix2[i][j+degree/2]=matrix3[i][j+degree/2];
			matrix3[i][j+degree/2]=temp;
		}

		//将新的四个矩阵赋给幻方矩阵matrix
		for(i=0;i<degree;i++)
		{
			for(j=0;j<degree;j++)
				matrix[i][j]=matrix1[i][j];

			for(k=0;k<degree;k++)
				matrix[i][j+k]=matrix3[i][k];

		}
		for(i=0;i<degree;i++)
		{
			for(j=0;j<degree;j++)
				matrix[i+degree][j]=matrix4[i][j];

			for(k=0;k<degree;k++)
				matrix[i+degree][j+k]=matrix2[i][k];

		}

}

void main()
{
	int matrix[10][10]={0};
	int n;	printf("%d",6%2);
	printf("请输入幻方的阶数:");
	scanf("%d",&n);

	if(n%2!=0)
		Odd(n,matrix);
	else if(n%4!=0)
		SingleEven(n,matrix);
	else
		DoubleEven(n,matrix);
		for(int i=0;i<n;i++)
		{
			for(int j=0;j<n;j++)
				printf("%d ",matrix[i][j]);
			printf("\n");
		}

		check(matrix,n);//检测是否为幻方
}

注:如果程序出错,可能是使用的开发平台版本不同,请点击如下链接: 解释说明

原文:http://blog.csdn.net/tengweitw/article/details/17687377

作者:nineheadedbird

时间: 2024-09-11 01:54:56

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