Как распараллелить решатель судоку с помощью Grand Central Dispatch?
https://stackoverflow.com/questions/1853755
italiano
english
français
española
中国
日本の
العربية
Deutsch
한국어
Português
RussianВопрос
В качестве упражнения по программированию я только что закончил писать решатель судоку, который использует алгоритм обратного отслеживания (см. Википедия для простого примера, написанного на C).
Чтобы сделать еще один шаг вперед, я хотел бы использовать Snow Leopard's GCD для распараллеливания этого, чтобы он работал на всех ядрах моей машины.Может кто-нибудь дать мне указания о том, как мне следует это делать и какие изменения в коде я должен внести?Спасибо!
Мэтт
Решение
Во-первых, поскольку обратный поиск - это поиск в глубину, он не поддается прямому распараллеливанию, поскольку любой вновь вычисленный результат не может быть использован непосредственно другим потоком.Вместо этого вы должны разделить проблему на ранней стадии, т. е.поток # 1 начинается с первой комбинации для узла в графе обратного отслеживания и переходит к поиску по остальной части этого подграфа.Поток № 2 начинается со второй возможной комбинации в первом и так далее.Короче говоря, для n потоки находят n возможные комбинации на верхнем уровне пространства поиска (не "переадресовывайте"), затем назначьте эти n отправные точки для n Ветки.
Однако я думаю, что эта идея в корне порочна:Многие перестановки судоку решаются за пару тысяч шагов вперед + назад и решаются в течение миллисекунд в одном потоке.На самом деле это происходит настолько быстро, что даже небольшая координация требуется для нескольких потоков (предположим, что n потоки сокращают время вычислений до 1/n исходного времени) на многоядерном / мультипроцессорном процессоре не является незначительным по сравнению с общим временем выполнения, поэтому это ни в коем случае не является более эффективным решением.
Другие советы
Пожалуйста, дайте мне знать, если вы в конечном итоге будете им пользоваться.Это заурядный ANSI C, поэтому должен работать на всем.Смотрите другой пост об использовании.
#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;
}
Ты уверен, что хочешь это сделать?Например, какую проблему ты пытаешься решить?Если вы хотите использовать все ядра, используйте потоки.Если вам нужен быстрый решатель судоку, я могу дать вам тот, который я написал, смотрите Выходные данные ниже.Если вы хотите сделать работу для себя, продолжайте и используйте GCD ;).
Обновить:
Я не думаю, что GCD плох, просто он не очень подходит для решения задачи судоку.GCD - это технология привязки событий графического интерфейса к коду.По сути, GCD решает две проблемы: особенность в том, как macOS X обновляет Windows, и предоставляет улучшенный метод (по сравнению с потоками) привязки кода к событиям GUI.
Это не относится к данной задаче, потому что судоку можно решить значительно быстрее, чем человек может подумать (по моему скромному мнению).При этом, если бы вашей целью было быстрее решать судоку, вы бы захотели использовать потоки, потому что вы хотели бы напрямую использовать более одного процессора.
[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
