Sudoku-Solver Probleme bei der Fehlerbehandlung

Vangrand

Mitglied
Guten Abend zusammen

Nachdem ich eine ehwigkeit an diesem Algorithmus gesessen habe, den ich für Informatik schreiben soll, bringe ich ihn einfach nicht das zu tun, was ich will.

Um es kurz zusammen zu fassen.
Ich soll unter Vorgabe der Main Methode, sowie der Methodennamen aller weiteren Methoden, sowie einer vorgefertigten Eingabemethode ein Java-Programm schreiben, das über eine Textxkonsole, von einem Unix-basiertem Uni-rechner aus, ein Sudoku-Rätzel entgegen nimmt.
(0-Stellen sind dabei die leeren Felder).

Das Programm soll via Backtracking die Lösung ermitteln und dann einfach wieder ausgeben.
Ich habe einige Zeit daran gearbeited ein Program zu schreiben, das in der Theorie auch genau das können soll.
Jetzt hab ich bereits mehrere Stunden über den Textzeilen gebrüted, bin aber immernoch dahinter gekommen, wo mein Fehler liegt, denn zwar kompiliert der Rechner den Code, bringt aber keine Lösung zustande, sondern gibt stets aus, das das Sudoku garnicht gelöst werden kann.

Hier ist der Algorithmus:

[Java]

import AlgoTools.IO;

/**
* SudokuSolver, der die Loesung eines Sudokus mittels Backtracking ermittelt.
*
* @author Nicolas Neubauer (nineubau@uos.de)
* @author Sebastian Buescher (sbuesche@uos.de)
* @author Jana Lehnfeld (jlehnfel@uos.de)
* @author Nils Haldenwang (nhaldenw@uos.de)
*
*/
public class Sudoku {

/**
* rekursive Methode, die das naechste freie Kaestchen im Sudoku-Feld sucht
* und dort alle erlaubten Zahlen einsetzt und sich dann selbst aufruft.
*
* @param sudoku
* Feld welches , gefuellt werden soll
* @param spalte
* Spaltennumer im Array
* @param zeile
* Zeilennummer im Array
* @return ob Loesung gefunden oder nicht
*/
private static boolean fuelleFeld(int[][] sudoku, int spalte, int zeile) {

if(spalte == 9) {
zeile++;
spalte = 0;
if (zeile > 8) return true;
}

if (sudoku[spalte][zeile] != 0){
return fuelleFeld(sudoku,spalte+1,zeile);
}

for (int zahl = 1; zahl <= 9; zahl++) {
if (gueltigeZahl(sudoku, zahl, spalte, zeile)){
sudoku[spalte][zeile] = zahl;
if (fuelleFeld(sudoku, spalte+1, zeile)) {
return true;
}

}
}
sudoku[spalte][zeile] = 0;
return false;
}

/**
* Testet, ob zahl noch in Zeile, Spalte und Kaestchen reinpasst
*
* @param sudoku
* 2D Array in dem getestet wird
* @param zahl
* zu testende Zahl
* @param spalte
* Spaltennumer im Array
* @param zei8e
* Zeilennummer im Array
* @return true, falls Zahl unterzubringen ist
* @param zei8e
* Zeilennummer im Array
* @return true, falls Zahl unterzubringen ist
*/
private static boolean gueltigeZahl(int[][] sudoku, int zahl, int spalte,
int zeile) {

for(int i = 0; i < 9; i++) {
if (zahl == sudoku[zeile]) return false;
if (zahl == sudoku[spalte]) return false;
}
int boxSpalte = (spalte/3)*3;
int boxZeile =(spalte/3)*3;
for(int i = 0; i < 3; i++){
for(int j = 0; j < 3; j++) {
if (zahl == sudoku[boxSpalte+i][boxZeile+j]) return false;
}
}

return true;
}

/**
* Gibt das Sudoku-Feld ordentlich formatiert aus
*
* @param field
* Feld das ausgegeben werden soll
*/
private static void druckeSudoku(int[][] field) {
for (int yPos = 0; yPos < 9; yPos++) {
if (yPos != 0 && yPos % 3 == 0)
IO.println("------+-------+------ ");
for (int xPos = 0; xPos < 9; xPos++) {
if (xPos != 0 && xPos % 3 == 0)
IO.print("| ");
IO.print(field[yPos][xPos] + " ");
}
IO.println();
}
}

public static void main(String[] argv) {

// Sudoku-Feld als
// zweidimensionales Array
int[][] sudoku;

sudoku = new int[9][];

IO.println("Bitte geben Sie die Zeilen des zu loesenden Sudokus ein");

int[] eingabe;

// Einlesen des Sudokus
for (int i = 1; i < 10; i++) {
do {
eingabe = IO.readInts("Zeile " + i + ": ");
} while (eingabe.length != 9);
sudoku[i - 1] = eingabe;
}

// Feld einmal ausgeben
druckeSudoku(sudoku);

//Loesung ermitteln, oben links anfangen
if(fuelleFeld(sudoku, 0, 0)){
IO.println("Die Loesung: ");
druckeSudoku(sudoku);
} else { IO.println("Error");
}
}
}

[/code]

Noch ein paar Anmerkungen:
1. Die IO.print oder IO.read(); befehle basieren auf den algotool meiner Universität und dienen für ein und Ausgabe auf einer Konsole.

2. Die Main, drucken und eingabemethode sind vorgegeben, folglich sind diese also korrekt, der Fehler müsste in den anderen Methoden, warscheinlich fuelleFeld, liegen.

3. Kurze Erklärung zu den Methoden:

fuelle Feld, soll von oben links, bis unten rechts durchgehen und das Sudoku verfollständigen, wobei es von Feld zu Feld, nach einem "Trial and Error" Prinzip, die Zahlen einfach bei jedem Feld durchgeht.

gueltigeZahl hat wiederum die Aufgabe, die Zahl, die von der fuelleFeld-Methode eingebaut wurde, auf ihre richtigkeit zu überprüfen.

Ich hoffe ihr könnt mir helfen :)

mit freundlichen grüßen
Vangrand

PS: Hoffe es ist der richtige Bereich in diesem Forum :)
 

ruerob

Mitglied
Dein Problem liegt glaube ich darin, dass du versuchst, die erst beste Zahl einzutragen, woraufhin die dann folgenden Kästchen, die diese Zahl vielleicht benötigen, diese nicht mehr zur Verfügung haben.

Du soltest vielleicht noch abfangen, dass die nächstbeste Zahl eingetragen wird, wenn fuelleFeld(sudoku,spalte+1,zeile) false zurück gibt.

ruerob grüßt freundlich.
 

Vangrand

Mitglied
Hallo

erstmal danke für die Antwort.

Diesen Gedanken hatte ich auch, allerdings setzt die Methode automatisch das Feld, auf dem sie sich gerade befindet, sofort wieder auf 0, wenn die Methode "false" ist, von dem her dürfte das Problem eigentlich auftreten oder übersehe ich da was?
 

ruerob

Mitglied
Ja aber anstelle der 0 müsstest du die nächste gültige Zahl hineinschreiben und dann nochmal fuelleFeld(Sudoku,Spalte+1,Zeile) aufrufen, um zu sehen ob die Zahl, die du vorher da hinein geschrieben hast, nicht noch irgendwo anders gebraucht wird.

Wenn du nur 0 hinein schreibst und false zurückgibst, werden doch bei dir alle vorherigen Felder auch auf 0 gesetzt und dadurch wird doch der Aufruf in der Main auch false und das Sudoku kann nicht gelöst werden.

ruerob bestellt wieder freundliche Grüße.
 

Vangrand

Mitglied
Ich verstehe nicht so ganz, wie ich das algorithmisch umsetzen soll.
Eigentlich probiert das Programm ja in der for-schleife bereits alle möglichen eingaben (also alle Zahlen von 1-9) durch, wenn er für 1 im ersten Feld kein Sudoku komplett enträtzeln kann, schlagen die if-schaltungen nicht an und der rechner probiert das ganze mit 2 usw.

Allerdings erscheint mir das, was du sagst, durchaus logisch.
Wie finde ich die nächste gültige Zahl heraus bzw. wie baue ich deinen Vorschlag in mein Programm ein?
Steh grade etwas auf dem schlauch, tut mir leid.

mfg Vangrand
 

ruerob

Mitglied
Ich bins nochmal,

ich hab heute irgendwie auf dem Schlauch gestanden und bin bei deinen Klammern und Einrückungen durcheinander gekommen. Vergess am besten alles was ich geschrieben habe und guck dir die Zeilen 72 und 73 nochmal genauer an. Ich glaub du hast da einen kleinen dreher drin und in Zeile 76 müsste das spalte auch durch zeile ersetzt werden.

Ich glaub das wars. Ich möchte mich nochmal entschuldigen, das ich dich auf einen falschen Weg gebracht hab.

Sei freundlich gegrüßt,

ruerob
 

Vangrand

Mitglied
Keine Ursache, du hast mich ja am Ennde irgendwie doch zu Wurzel des Problems geführt. :)
Theoretisch funktioniert jetzt das Programm, nur bekomm ichjetzt nach jeder eingabe "out of bound exceptions: 9" ausgespruckt.
Allerdings überschreite ich eigentlich nirgendwo den Array-index und verlängern kann ich das array auch nicht.
Idee woran das liegen könnte?

mfg Vangrand
 

ruerob

Mitglied
Ist schon recht spät geworden,
deswegen wollte ich nur kurz fragen, ob du sonst noch was am Code geändert hast, außer die Zeilen 72, 73 und 76?
Steht in der Fehlermeldung vielleicht noch eine Zeilennummer oder welche Funktion betroffen ist?

nächtliche Grüße

ruerob
 

TheWhiteShadow

Bekanntes Mitglied
Der Agorithmus funktioniert höchstens bei einem leeren Sudoku und selbst da bin ich eher skeptisch.
Wie soll man denn durch einmaliges Durchlaufen der Felder alles ausfüllen.

Wenn du ein Sudoku hast, nimmst du doch auch nicht das erste Feld, probierst alle Zahlen und hast die richtige automatisch gefunden.

Das Lösen von Sudokus entsrpcht ja bereits einem Algorithmus. Diesen findet man leicht über Google.

Bedingung:
Es gibt oder sollte immer mindestens ein Feld geben, dessen Zahl eindeutig ist.
Dieses Feld lässt sich durch 3 einzelne Verfahren ermitteln.

1. Letztmögliche Zahl: Es ist in einem Feld nur noch eine gültige Zahl möglich.

2. Letztmögliche Feld: Es gibt in einer Gruppe nur noch ein Feld indem eine bestimte Zahl stehen darf.

3. Raten: Wenn keine anderen Möglichkeiten existieren kann man die Zahl das Feldes mit den wenigsten Möglichkeiten beliebig wählen.
 

Vangrand

Mitglied
Hab ansonsten nichts am Code geändert.
Der Fehler kommt, laut der Meldung aus Zeile 84.

So, nun zu dem anderen Post.

Der Algorithmus löst das Sudoku nicht durch einmaliges durchlaufen, das wäre in der Tat unmöglich, sondern rekursiv.
Ich wende dabei die gleiche Lösungsmethode an, wie beim Damenproblem, diese Möglichkeit funktioniert definitiv - oder sie erzählen uns in der Vorlesung UND der Übung nur Mist, was ich aber zu bezweifeln wage.

Das Stichwort lauted Backtracking, jedes mal, wenn das Programm gemerkt hat, das es eine falsche Zahl eingesetzt wurde und es deswegen nichtmehr weiter kommt, zurück zur Problemursache und korrigiert den Fehler, indem die nächst höhere Zahl eingesetzt wird.
Dadurch wird irgendwann die richtige Kombination ermittelt.

Wie gesagt theoretisch funktioniert diese Herangehensweise, allerdings konnte ich sie bisher nicht Sinnvoll umsetzen.

Mag vielleicht nicht die Effizienteste möglichkeit sein oder die beste, aber die, die der Aufgabenstellung entspricht.
 
B

bone2

Gast
Mit guten abbruchbedingungen ist backtracking effektiv.
Du kansnt ja bei jeder Zahl direkt Zeilen, Spalten, Quadrate prüfen bevor du tiefer gehst.

Gib mal den Code wie er jetzt aussieht wenn ud immernoch probleme hast. Sudoku gehört eher zu den banalen dingen :)
 

D4rkscr43m

Bekanntes Mitglied
Also deine Vorgehensweise ist definitiv richtig. Habe vor einiger Zeit mal nen Sudokusolver in C++ geschrieben. Ich konnte aber nur einen Unterschied finden. (Abgesehen von dem Zeilen/Spalten-Dreher)
Der sollte hier aber nicht sonderlich viel Unterschied machen und hatte glaube ich irgendnen C++ spezifischen Hintergrund.

In Zeile 84 kann der Fehler definitiv nicht fallen. Schreib doch mal den Stacktrace bzw. vielleicht deinen geänderten Code, vielleicht haben sich ja die Zeilen doch etwas verschoben.
 
B

bone2

Gast
man kann das lösen von sudokus übrigends enorm beschleunigen (12 min vs <1 sec mit meinem pc hier) wenn man nicht einfach das nächste feld nimmt, sondern bei jedem das mit den wenigsten möglichkeiten raussucht
 
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