所有四阶幻方

时间:2021-05-29 20:37:26

四阶幻方,含旋转反射相同的解有7040个,不含旋转反射相同的解有880个,数量不多,比较容易求得所有解。

为了求解所有四阶幻方,我们采用穷举法,对16个数值进行全排列无死角搜索。对16个数值全排列,有16!=20922789888000种不同情况!数量巨大,如果逐一检索,耗时太长,必须减小搜索量。

幻方的一般性质为:幻方每一行之和、每一列之和、两条对角线之和都相等,都等于幻和(四阶幻和为34)。

四阶幻方还有一些性质:中心四个数之和、四个顶角数字之和、边上两对行中间四个数之和、边上两对列中间四个数之和也都等于幻和(34)。

利用上面性质对排列局面剪枝,可以极大减少搜索量。

另外,每搜索到一个幻方,就可以得到与其旋转反射相同的8个幻方,搜索量可以缩减为1/8

剪枝判断越多,搜索量越小;只搜索四阶幻方独立解,然后用一个打印函数打印出旋转反射相同的其他解,也会减少搜索量。不过这样一来,代码就比较难看了。

笔者讨厌又臭又长的代码,为了代码的精简,下面程序效率并非最佳:

(C代码,总耗时7秒,还算能够接受)

#include<stdio.h>
int a[17],b[17],m;
void s(int i)
{ /*四阶幻方全解搜索程序,C代码,运行时间7秒*/
int n=0,j=0;
while(++j<17)
if(!a[j])
{
a[b[i]=j]=1;
switch(i)
{
case 1:case 2:case 3:case 5:case 6:case 7:case 9:case 10:s(i+1);break;
case 11:if(b[6]+b[7]+b[10]+b[11]==34)s(12);break;
case 4:case 8:case 12:if(b[i-3]+b[i-2]+b[i-1]+b[i]==34)s(i+1);break;
case 13:if(b[1]+b[5]+b[9]+b[13]==34&&b[4]+b[7]+b[10]+b[13]==34)s(14);break;
case 14:case 15:if(b[i-12]+b[i-8]+b[i-4]+b[i]==34)s(i+1);break;
case 16:for(printf("\n"),++m;++n<17;n%4?0:printf("\n"))printf("%2d ",b[n]);
}
a[j]=0;
}
}
int main(void)
{
s(1);
printf("四阶幻方总数:%d个(含旋转反射相同)",m);
return 0;
}