Como paralelizar Sudoku solver usando o Grand Central Dispatch?
https://stackoverflow.com/questions/1853755
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Como um exercício de programação, eu acabado de escrever um solver Sudoku que usa o algoritmo de recuo (ver Wikipedia para um exemplo simples escrito em C).
Para levar isso um passo adiante, eu gostaria de usar GCD do Snow Leopard para paralelizar isso para que ele funciona em todos os núcleos da minha máquina. alguém pode me dar dicas sobre como eu deveria ir sobre como fazer isso e que o código alterações devo fazer? Obrigado!
Matt
Solução
Por um lado, desde retrocesso é uma profundidade-primeira busca não é diretamente paralelizável, uma vez que qualquer resultado recém-calculado não pode ser usado ser usado diretamente por outro segmento. Em vez disso, você deve dividir o problema cedo, ou seja, enfiar # 1 começa com a primeira combinação para um nó no gráfico retrocesso, e começa a procurar o resto do subgrafo. Tópico # 2 começa com a segunda combinação possível na primeira e assim por diante. Em suma, para n tópicos encontrar o n combinações possíveis no nível superior do espaço de busca (não "frente-track"), depois atribua-os n pontos de partida para n threads.
No entanto, eu acho que a idéia é fundamentalmente falho: muitas permutações sudoku são resolvidos em questão de um par de milhares de passos para frente + backtracking, e são resolvidos dentro de milissegundos em um único segmento. Esta é, de facto, tão rápido que até mesmo a pequena coordenação necessária para alguns tópicos (assumir que n tópicos reduzir o tempo de computação para 1 / n de tempo original) em um multi- core / multi-CPU não é insignificante em comparação com o tempo de execução total, portanto, não é por acaso uma solução mais eficiente.
Outras dicas
Por favor me avise se você acabar de usá-lo. É funcionamento do moinho ANSI C, de modo que deve ser executado em tudo. Veja outro post para o uso.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
short sudoku[9][9];
unsigned long long cubeSolutions=0;
void* cubeValues[10];
const unsigned char oneLookup[64] = {0x8b, 0x80, 0, 0x80, 0, 0, 0, 0x80, 0, 0,0,0,0,0,0, 0x80, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0x80,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
int ifOne(int val) {
if ( oneLookup[(val-1) >> 3] & (1 << ((val-1) & 0x7)) )
return val;
return 0;
}
void init_sudoku() {
int i,j;
for (i=0; i<9; i++)
for (j=0; j<9; j++)
sudoku[i][j]=0x1ff;
}
void set_sudoku( char* initialValues) {
int i;
if ( strlen (initialValues) != 81 ) {
printf("Error: inputString should have length=81, length is %2.2d\n", strlen(initialValues) );
exit (-12);
}
for (i=0; i < 81; i++)
if ((initialValues[i] > 0x30) && (initialValues[i] <= 0x3a))
sudoku[i/9][i%9] = 1 << (initialValues[i] - 0x31) ;
}
void print_sudoku ( int style ) {
int i, j, k;
for (i=0; i < 9; i++) {
for (j=0; j < 9; j++) {
if ( ifOne(sudoku[i][j]) || !style) {
for (k=0; k < 9; k++)
if (sudoku[i][j] & 1<<k)
printf("%d", k+1);
} else
printf("*");
if ( !((j+1)%3) )
printf("\t");
else
printf(",");
}
printf("\n");
if (!((i+1) % 3) )
printf("\n");
}
}
void print_HTML_sudoku () {
int i, j, k, l, m;
printf("<TABLE>\n");
for (i=0; i<3; i++) {
printf(" <TR>\n");
for (j=0; j<3; j++) {
printf(" <TD><TABLE>\n");
for (l=0; l<3; l++) { printf(" <TR>"); for (m=0; m<3; m++) { printf("<TD>"); for (k=0; k < 9; k++) { if (sudoku[i*3+l][j*3+m] & 1<<k)
printf("%d", k+1);
}
printf("</TD>");
}
printf("</TR>\n");
}
printf(" </TABLE></TD>\n");
}
printf(" </TR>\n");
}
printf("</TABLE>");
}
int doRow () {
int count=0, new_value, row_value, i, j;
for (i=0; i<9; i++) {
row_value=0x1ff;
for (j=0; j<9; j++)
row_value&=~ifOne(sudoku[i][j]);
for (j=0; j<9; j++) {
new_value=sudoku[i][j] & row_value;
if (new_value && (new_value != sudoku[i][j]) ) {
count++;
sudoku[i][j] = new_value;
}
}
}
return count;
}
int doCol () {
int count=0, new_value, col_value, i, j;
for (i=0; i<9; i++) {
col_value=0x1ff;
for (j=0; j<9; j++)
col_value&=~ifOne(sudoku[j][i]);
for (j=0; j<9; j++) {
new_value=sudoku[j][i] & col_value;
if (new_value && (new_value != sudoku[j][i]) ) {
count++;
sudoku[j][i] = new_value;
}
}
}
return count;
}
int doCube () {
int count=0, new_value, cube_value, i, j, l, m;
for (i=0; i<3; i++)
for (j=0; j<3; j++) {
cube_value=0x1ff;
for (l=0; l<3; l++)
for (m=0; m<3; m++)
cube_value&=~ifOne(sudoku[i*3+l][j*3+m]);
for (l=0; l<3; l++)
for (m=0; m<3; m++) {
new_value=sudoku[i*3+l][j*3+m] & cube_value;
if (new_value && (new_value != sudoku[i*3+l][j*3+m]) ) {
count++;
sudoku[i*3+l][j*3+m] = new_value;
}
}
}
return count;
}
#define FALSE -1
#define TRUE 1
#define INCOMPLETE 0
int validCube () {
int i, j, l, m, r, c;
int pigeon;
int solved=TRUE;
//check horizontal
for (i=0; i<9; i++) {
pigeon=0;
for (j=0; j<9; j++)
if (ifOne(sudoku[i][j])) {
if (pigeon & sudoku[i][j]) return FALSE;
pigeon |= sudoku[i][j];
} else {
solved=INCOMPLETE;
}
}
//check vertical
for (i=0; i<9; i++) {
pigeon=0;
for (j=0; j<9; j++)
if (ifOne(sudoku[j][i])) {
if (pigeon & sudoku[j][i]) return FALSE;
pigeon |= sudoku[j][i];
}
else {
solved=INCOMPLETE;
}
}
//check cube
for (i=0; i<3; i++)
for (j=0; j<3; j++) {
pigeon=0;
r=j*3; c=i*3;
for (l=0; l<3; l++)
for (m=0; m<3; m++)
if (ifOne(sudoku[r+l][c+m])) {
if (pigeon & sudoku[r+l][c+m]) return FALSE;
pigeon |= sudoku[r+l][c+m];
}
else {
solved=INCOMPLETE;
}
}
return solved;
}
int solveSudoku(int position ) {
int status, i, k;
short oldCube[9][9];
for (i=position; i < 81; i++) {
while ( doCube() + doRow() + doCol() );
status = validCube() ;
if ((status == TRUE) || (status == FALSE))
return status;
if ((status == INCOMPLETE) && !ifOne(sudoku[i/9][i%9]) ) {
memcpy( &oldCube, &sudoku, sizeof(short) * 81) ;
for (k=0; k < 9; k++) {
if ( sudoku[i/9][i%9] & (1<<k) ) {
sudoku[i/9][i%9] = 1 << k ;
if (solveSudoku(i+1) == TRUE ) {
/* return TRUE; */
/* Or look for entire set of solutions */
if (cubeSolutions < 10) {
cubeValues[cubeSolutions] = malloc ( sizeof(short) * 81 ) ;
memcpy( cubeValues[cubeSolutions], &sudoku, sizeof(short) * 81) ;
}
cubeSolutions++;
if ((cubeSolutions & 0x3ffff) == 0x3ffff ) {
printf ("cubeSolutions = %llx\n", cubeSolutions+1 );
}
//if ( cubeSolutions > 10 )
// return TRUE;
}
memcpy( &sudoku, &oldCube, sizeof(short) * 81) ;
}
if (k==8)
return FALSE;
}
}
}
return FALSE;
}
int main ( int argc, char** argv) {
int i;
if (argc != 2) {
printf("Error: number of arguments on command line is incorrect\n");
exit (-12);
}
init_sudoku();
set_sudoku(argv[1]);
printf("[----------------------- Input Data ------------------------]\n\n");
print_sudoku(1);
solveSudoku(0);
if ((validCube()==1) && !cubeSolutions) {
// If sudoku is effectively already solved, cubeSolutions will not be set
printf ("\n This is a trivial sudoku. \n\n");
print_sudoku(1);
}
if (!cubeSolutions && validCube()!=1)
printf("Not Solvable\n");
if (cubeSolutions > 1) {
if (cubeSolutions >= 10)
printf("10+ Solutions, returning first 10 (%lld) [%llx] \n", cubeSolutions, cubeSolutions);
else
printf("%llx Solutions. \n", cubeSolutions);
}
for (i=0; (i < cubeSolutions) && (i < 10); i++) {
memcpy ( &sudoku, cubeValues[i], sizeof(short) * 81 );
printf("[----------------------- Solution %2.2d ------------------------]\n\n", i+1);
print_sudoku(0);
//print_HTML_sudoku();
}
return 0;
}
Você tem certeza que quer fazer isso? Tipo, qual o problema que você está tentando resolver? Se você quiser usar todos os núcleos, use threads. Se você quer um solucionador sudoku rápido, eu posso dar-lhe que eu escrevi, ver uma saída abaixo. Se você quiser fazer o trabalho para você, vá em frente e uso GCD;).
Atualizar :
Eu não acho que GCD é ruim, apenas não é muito relevante para a tarefa de resolver sudoku. GCD é uma tecnologia para amarrar eventos GUI ao código. Essencialmente, resolve GCD dois problemas, uma peculiaridade no modo como o MacOS X atualizações do Windows e, ele fornece um método melhorado (em comparação com threads) de amarrar código para eventos GUI.
Não se aplica a este problema porque Sudoku podem ser resolvidos significativamente mais rápido do que uma pessoa pode pensar (na minha humilde opinião). Dito isto, se seu objetivo era resolver Sudoku mais rápido, você iria querer usar threads, porque você iria querer usar diretamente mais de um processador.
[bear@bear scripts]$ time ./a.out ..1..4.......6.3.5...9.....8.....7.3.......285...7.6..3...8...6..92......4...1...
[----------------------- Input Data ------------------------]
*,*,1 *,*,4 *,*,*
*,*,* *,6,* 3,*,5
*,*,* 9,*,* *,*,*
8,*,* *,*,* 7,*,3
*,*,* *,*,* *,2,8
5,*,* *,7,* 6,*,*
3,*,* *,8,* *,*,6
*,*,9 2,*,* *,*,*
*,4,* *,*,1 *,*,*
[----------------------- Solution 01 ------------------------]
7,6,1 3,5,4 2,8,9
2,9,8 1,6,7 3,4,5
4,5,3 9,2,8 1,6,7
8,1,2 6,4,9 7,5,3
9,7,6 5,1,3 4,2,8
5,3,4 8,7,2 6,9,1
3,2,7 4,8,5 9,1,6
1,8,9 2,3,6 5,7,4
6,4,5 7,9,1 8,3,2
real 0m0.044s
user 0m0.041s
sys 0m0.001s
