魔方阵算法及C语言实现
2013-08-04 18:53
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1 魔方阵概念
魔方阵是指由1,2,3……n2填充的,每一行、每一列、对角线之和均相等的方阵,阶数n= 3,4,5…。魔方阵也称为幻方阵。
例如三阶魔方阵为:
魔方阵有什么的规律呢?
魔方阵分为奇幻方和偶幻方。而偶幻方又分为是4的倍数(如4,8,12……)和不是4的倍数(如6,10,14……)两种。下面分别进行介绍。
2 奇魔方的算法
2.1 奇魔方的规律与算法
奇魔方(阶数n = 2 * m + 1,m =1,2,3……)规律如下:数字1位于方阵中的第一行中间一列;
数字a(1 < a ≤ n2)所在行数比a-1行数少1,若a-1的行数为1,则a的行数为n;
数字a(1 < a ≤ n2)所在列数比a-1列数大1,若a-1的列数为n,则a的列数为1;
如果a-1是n的倍数,则a(1 < a ≤ n2)的行数比a-1行数大1,列数与a-1相同。
2.2 奇魔方算法的C语言实现
#include <stdio.h> // Author: http://furzoom.com/ // N为魔方阶数 #define N 11 int main() { int a ; int i; int col,row; col = (N-1)/2; row = 0; a[row][col] = 1; for(i = 2; i <= N*N; i++) { if((i-1)%N == 0 ) { row++; } else { // if row = 0, then row = N-1, or row = row - 1 row--; row = (row+N)%N; // if col = N, then col = 0, or col = col + 1 col ++; col %= N; } a[row][col] = i; } for(row = 0;row<N;row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { printf("%6d",a[row][col]); } printf("\n"); } return 0; }
3 偶魔方的算法
偶魔方的情况比较特殊,分为阶数n = 4 * m(m =1,2,3……)的情况和阶数n = 4 * m + 2(m = 1,2,3……)情况两种。3.1 阶数n = 4 * m(m =1,2,3……)的魔方(双偶魔方)
算法1:阶数n = 4 * m(m =1,2,3……)的偶魔方的规律如下:按数字从小到大,即1,2,3……n2顺序对魔方阵从左到右,从上到下进行填充;
将魔方中间n/2列的元素上、下进行翻转;
将魔方中间n/2行的元素左、右进行翻转。
C语言实现
#include <stdio.h> // Author: http://furzoom.com/ // N为魔方阶数, #define N 12 int main() { int a ;//存储魔方 int i, temp;//临时变量 int col, row;//col 列,row 行 //初始化 i = 1; for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { a[row][col] = i; i++; } } //翻转中间列 for(row = 0; row < N/2; row ++) { for(col = N/4;col < N/4*3;col ++) { temp = a[row][col]; a[row][col] = a[N-row-1][col]; a[N-row-1][col] = temp; } } //翻转中间行 for(col = 0; col < N/2; col ++) { for(row = N/4;row < N/4 * 3;row ++) { temp = a[row][col]; a[row][col] = a[row][N-col-1]; a[row][N-col-1] = temp; } } for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { printf("%5d",a[row][col]); } printf("\n"); } return 0; }
算法2:阶数n = 4 * m(m =1,2,3……)的偶魔方的规律如下:
按数字从小到大,即1,2,3……n2顺序对魔方阵从左到右,从上到下进行填充;
将魔方阵分成若干个4×4子方阵,将子方阵对角线上的元素取出;
将取出的元素按从大到小的顺序依次填充到n×n方阵的空缺处。
C语言实现
#include <stdio.h> // Author: http://furzoom.com/ // N为魔方阶数 #define N 12 int main() { int a ;//存储魔方 int temparray[N*N/2];//存储取出的元素 int i;//循环变量 int col, row;// col 列,row 行 //初始化 i = 1; for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { a[row][col] = i; i++; } } //取出子方阵中对角线上的元素,且恰好按从小到大的顺序排放 i = 0; for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { if((col % 4 == row % 4) || ( 3 == ( col % 4 + row % 4))) { temparray[i] = a[row][col]; i++; } } } //将取出的元素按照从大到小的顺序填充到n×n方阵中 i = N*N/2 -1; for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { if((col % 4 == row % 4) || ( 3 == ( col % 4 + row % 4))) { a[row][col] = temparray[i]; i--; } } } //输出方阵 for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { printf("%5d",a[row][col]); } printf("\n"); } return 0; }
3.2 阶数n = 4 * m + 2(m =1,2,3……)的魔方(单偶魔方)
算法设k = 2 * m + 1;单偶魔方是魔方中比较复杂的一个。
将魔方分成A、B、C、D四个k阶方阵,如下图
这四个方阵都为奇方阵,利用上面讲到的方法依次将A、D、B、C填充为奇魔方。
交换A、C魔方元素,对魔方的中间行,交换从中间列向右的m列各对应元素;对其他行,交换从左向右m列各对应元素。
交换B、D魔方元素,交换从中间列向左m – 1列各对应元素。
C语言实现
#include <stdio.h> // Author: http://furzoom.com/ // N为魔方阶数 #define N 10 int main() { int a = { {0} };//存储魔方 int i,k,temp; int col,row;// col 列,row 行 //初始化 k = N / 2; col = (k-1)/2; row = 0; a[row][col] = 1; //生成奇魔方A for(i = 2; i <= k*k; i++) { if((i-1)%k == 0 )//前一个数是3的倍数 { row++; } else { // if row = 0, then row = N-1, or row = row - 1 row--; row = (row+k)%k; // if col = N, then col = 0, or col = col + 1 col ++; col %= k; } a[row][col] = i; } //根据A生成B、C、D魔方 for(row = 0;row < k; row++) { for(col = 0;col < k; col ++) { a[row+k][col+k] = a[row][col] + k*k; a[row][col+k] = a[row][col] + 2*k*k; a[row+k][col] = a[row][col] + 3*k*k; } } // Swap A and C for(row = 0;row < k;row++) { if(row == k / 2)//中间行,交换从中间列向右的m列,N = 2*(2m+1) { for(col = k / 2; col < k - 1; col++) { temp = a[row][col]; a[row][col] = a[row + k][col]; a[row + k][col] = temp; } } else//其他行,交换从左向右m列,N = 2*(2m+1) { for(col = 0;col < k / 2;col++) { temp = a[row][col]; a[row][col] = a[row + k][col]; a[row + k][col] = temp; } } } // Swap B and D for(row = 0; row < k;row++)//交换中间列向左m-1列,N = 2*(2m+1) { for(i = 0;i < (k - 1)/2 - 1;i++) { temp = a[row][k+ k/2 - i]; a[row][k+ k /2 -i] = a[row + k][k+k/2 -i]; a[row + k][k+k/2 -i] = temp; } } //输出魔方阵 for(row = 0;row < N; row++) { for(col = 0;col < N; col ++) { printf("%5d",a[row][col]); } printf("\n"); } return 0; }
你若要放弃,那我就可以安慰自己了,因为这样我不再孤独了,可以参考能够不断往前走,成功难道不是早晚的是事吗?
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