sudoku/sudoku.py

"""
 @Author: packy945
 @FileName: sudoku.py
 @DateTime: 2023/4/27 17:41
 @SoftWare: PyCharm
"""
# -*- encoding: utf-8 -*-

from data import *
from UI import *

def game_menu(menu:tk.Menu):
    """游戏菜单显示"""
    menu_node = Menu(menu, tearoff=False)
    menu_node.add_command(label="重新开始", command=lambda: restart(N))
    menu_node.add_command(label="暂停计时", command=lambda: stop_time())
    menu_node.add_command(label="载入题目", command=lambda: load_game())
    # 在主目录菜单上新增"菜单"选项，并通过menu参数与下拉菜单绑定
    menu.add_cascade(label="游戏设置", menu=menu_node)

def auto_menu(menu:tk.Menu):
    """自动求解菜单显示"""
    menu_node = Menu(menu, tearoff=False)
    menu_node.add_command(label="自动求解-顺序求解", command=lambda: [init_u_M(), auto_Solve(u_martix, STEP.copy())])
    menu_node.add_command(label="自动求解-优化", command=lambda: [init_u_M(), auto_Solve_new(u_martix, STEP.copy())])
    fmenu = Menu(menu, tearoff=False)
    fmenu.add_command(label='低速', command=lambda: speed_set(1))
    fmenu.add_command(label='中速', command=lambda: speed_set(0.5))
    fmenu.add_command(label='高速', command=lambda: speed_set(0.2))
    menu_node.add_cascade(label="求解速度选择", menu=fmenu)
    # 在主目录菜单上新增"菜单"选项，并通过menu参数与下拉菜单绑定
    menu.add_cascade(label="自动求解", menu=menu_node)

main_menu = tk.Menu(root)
root.config(menu=main_menu)
game_menu(main_menu)
auto_menu(main_menu)

def speed_set(spd):
    global wait_time
    wait_time = spd

def stop_time():
    global time1
    time1.stop()

def init_u_M():
    global martix, u_martix, step, STEP, seq
    u_martix = martix.copy()
    step = []  # 操作步骤
    STEP = [[0, (0, 0), 0, martix]]  # 记录每一步的状态
    seq = 1  # 全局操作次序初始化

def restart(N):
    '''
    重新生成一个游戏
    :return:
    '''
    global martix, u_martix, time1,  show_possible, loca_o, loca, note_mark, step, STEP, seq
    time1.restart()
    martix = InitMartix(N) # 生成一个数独数组
    u_martix = martix.copy() # 复制用户martix数组
    show_possible = 0  # 是否显示提示
    p = []# 初始化可能值数组
    possible = []
    for i in range(9):
        p.append({}.copy())
    for i in range(9):
        possible.append(p.copy())
    loca_o = tuple()  # martix 数组上次滞留坐标
    loca = tuple()# martix 数组当前坐标
    note_mark = False  # 笔记开启标志
    show_Time(time1)# 显示时间信息
    step = []  # 操作步骤
    STEP = [[0, (0, 0), 0, martix]]  # 记录每一步的状态
    seq = 1  # 全局操作次序初始化
    draw(loca, martix, u_martix, STEP)

def auto_Solve(u_M, STEP):
    '''
    自动解题算法（按顺序求解）
    :param u_M:待解答的数独矩阵
    :return:求解完毕的矩阵
    '''
    for row in range(9):
        for col in range(9):
            if u_M[row, col] == 0:
                possible = GetPossible(u_M, row, col)  # 计算所有的可能的数字
                for value in possible:#尝试所有可能数字
                    u_M[row, col] = value  # 将可能的数组填入
                    seq = STEP[-1][0] + 1  # 记录顺序
                    step = [seq, (row + 1, col + 1), value, u_M.copy()]  # 记录一步
                    STEP.append(step)#将操作记录加入Step中
                    draw((row + 1, col + 1), martix, u_M, STEP)#更新显示界面
                    time.sleep(wait_time)  # 防止运算过快，减慢演算步骤
                    if auto_Solve(u_M, STEP.copy()):  # 继续深度优先遍历填入数字
                        return True  # 求解完成，直接返回
                    u_M[row, col] = 0  # 若用这个数无解，则重置为0，进行回溯
                    draw((row + 1, col + 1), martix, u_M, STEP)#更新显示界面
                    time.sleep(wait_time)  # 停顿一段时间，显示求解步骤
                return False #当前无解，返回False
    return True# 当所有的数字填完,数独求解完毕

def auto_Solve_new(u_M, STEP):
    '''
    自动求解（优化）
    :param u_M:待求解数独矩阵
    :return:求解完成的矩阵
    '''
    flag = 0
    # 优化：如果某个位置只有一个可能值，则先填这个格子
    for row in range(9):
        for col in range(9):
            if u_M[row, col] == 0:
                possible = GetPossible(u_M, row, col)  # 所有的可能的数字
                if len(possible) == 1:
                    flag = 1#标记可以进行求解优化
                    value = possible.pop()#只有一个可能数组，则直接将该数字填入
                    u_M[row, col] = value # 将确定的数字填入填入
                    seq = STEP[-1][0] + 1  # 记录顺序
                    step = [seq, (row + 1, col + 1), value, u_M.copy()]  # 记录一步
                    STEP.append(step)#将步骤记录加到记录中
                    draw((row + 1, col + 1), martix, u_M, STEP) #重新绘图
                    time.sleep(wait_time)  # 停顿一段时间，显示求解步骤
                    if auto_Solve_new(u_M, STEP):  # 继续深度优先遍历填入数字
                        return True  # 填完最后一个数字
                    u_M[row, col] = 0  # 如果当前填入的数字会导致后面无解则依然填入0表示空白待填
                    draw((row + 1, col + 1), martix, u_M, STEP)#重新绘图
                    time.sleep(wait_time)  # 停顿一段时间，显示求解步骤
    if not flag:#若没有能直接确定的格子，则按原方法进行求解
        for row in range(9):
            for col in range(9):
                if u_M[row, col] == 0:
                    possible = GetPossible(u_M, row, col)  # 所有的可能的数字
                    for value in possible:
                        u_M[row, col] = value  # 将可能的数组填入
                        seq = STEP[-1][0] + 1  # 记录顺序
                        step = [seq, (row + 1, col + 1), value, u_M.copy()]  # 记录一步
                        STEP.append(step)
                        draw((row + 1, col + 1), martix, u_M, STEP)
                        time.sleep(wait_time)  # 停顿一段时间，显示求解步骤
                        if auto_Solve_new(u_M, STEP):  # 继续深度优先遍历填入数字
                            return True  # 填完最后一个数字
                        u_M[row, col] = 0  # 如果当前填入的数字会导致后面无解则依然填入0表示空白待填
                        draw((row + 1, col + 1), martix, u_M, STEP)
                        time.sleep(wait_time)  # 停顿一段时间，显示求解步骤
                    return False
    return True# 当所有的数字填完,数独求解完毕


def load_game():
    '''
    载入存储的游戏
    :return:
    '''
    global martix, u_martix, time1, show_possible, loca_o, loca, note_mark, step, STEP, seq
    time1.restart()
    martix = np.load("martix.npy")
    u_martix = martix.copy()  # 复制用户martix数组
    show_possible = 0  # 是否显示提示
    # 初始化可能值数组
    p = []
    possible = []
    for i in range(9):
        p.append({}.copy())
    for i in range(9):
        possible.append(p.copy())
    loca_o = tuple()  # martix 数组上次滞留坐标
    loca = tuple()
    note_mark = False  # 笔记开启标志
    # 显示时间信息
    show_Time(time1)
    step = []  # 操作步骤
    STEP = [[0, (0, 0), 0, martix]]  # 记录每一步的状态
    seq = 1  # 全局操作次序初始化

    draw(loca, martix, u_martix, STEP)

def left1(event):
    '''
    martix坐标映射
    :param event: 鼠标左键点击的坐标值
    :return: 点击的方格坐标
    '''
    """"""
    x = event.x
    y = event.y
    row = -1
    col = -1
    global STEP, loca, loca_o
    for cur_col in range(9):
        for cur_row in range(9):
            top_x, top_y = cur_col * (bc + 3) + 50, cur_row * (bc + 3) + 50# 计算每个方格的四个角
            ud_x, ud_y = (cur_col + 1) * (bc + 3) + 50, (cur_row + 1) * (bc + 3) + 50# 计算每个方格的四个角
            if x < ud_x and x > top_x:#计算点击的列数
                col = cur_col
            if y < ud_y and y > top_y:#计算点击的行数
                row = cur_row
            if row >= 0 and col >= 0 and not martix[row, col]:
                if loca:#若已经点击过坐标
                    loca_o = loca  # 保留上次点击过的坐标
                loca = (row + 1, col + 1)  # 更新选中的格子位置
                draw(loca, martix, u_martix, STEP)#绘制界面
                return

def win(u_martix, timer: MyTimer, STEP):
    '''
    检查游戏是否结束，若结束则输出结束界面
    :param u_martix:用户矩阵
    :param timer:计时器
    :return:
    '''
    count = 0  # 计数

    for i in range(9):
        for j in range(9):
            if u_martix[i][j] == 0 or u_martix[i][j] == 10:
                count += 1
    if count == 0:
        if Judge(u_martix):
            for w in right.winfo_children():
                w.destroy()
            timer.stop()
            win_words = tk.Label(right, text=f"游戏结束,恭喜通过", bg='white', fg='red', font=('幼圆', 16, 'bold'),
                                 anchor=W)
            win_words.place(relx=0.1, rely=0.3)
            win_time = tk.Label(right, text=f"耗时：{timer.min.get()}分{timer.sec.get()}秒", bg='white', fg='red',
                                font=('幼圆', 16, 'bold'), anchor=W)
            win_time.place(relx=0.1, rely=0.4)
            win_step = tk.Label(right, text=f"花费步数：{len(STEP)}步", bg='white', fg='red',
                                font=('幼圆', 16, 'bold'), anchor=W)
            win_step.place(relx=0.1, rely=0.5)
            re = tk.Button(right, text=f"重新开始", bg='white', fg='black',
                          font=('幼圆', 14, 'bold'), command=lambda: restart(N))
            re.place(relx=0.1, rely=0.6, relwidth=0.5)

def u_number(num, loca):
    '''
    添加功能：
    :param num: 用户点击数字按钮
    :param loca: 当前位置
    :return:
    '''
    if loca != ():#若选择了一个格子
        row, col = loca[0] - 1, loca[1] - 1
        global step, seq
        if num:  # 直接点击了数字按钮，就添加num
            if martix[row][col] == 0 and not note_mark:  # 空格且笔记模式为False才可以填写
                if u_martix[row][col] == 10:  # 如果修改了这个格子的值，删除原来的记录
                    possible[row][col].clear()
                    # for note in note_martix:  # 如果这个空格有笔记直接覆盖清空笔记
                    #     if note[0] == row and note[1] == col:
                    #         note_martix.remove(note)
                u_martix[row][col] = num  # 为用户数组添加数值
                seq = STEP[-1][0] + 1  # 记录顺序
                step = [seq, loca, num, u_martix.copy()]  # 记录一步
                # print(step[:3])
                if len(step) != 0:  # 添加步骤
                    STEP.append(step)
                    step = []
                print(loca, num, "添加")
            elif note_mark:  # 笔记模式打开时
                if u_martix[row][col] == 0:# 若当前没有笔记，则只有num
                    u_martix[row][col] = 10#标记该格为笔记格子
                    possible[row][col] = {num}# 将笔记加入记录中
                elif u_martix[row][col] == 10:# 若已有笔记，则添加num
                    possible[row][col].add(num)
        draw(loca, martix, u_martix, STEP)#重新绘制界面

def control_draw_old(bc):
    '''
    绘制数字按钮
    :param bc: 全局按钮大小
    :return:
    '''
    for i in range(9):#遍历0~9
        top_x, top_y = i * (bc + 3) + 50, 12 * (bc + 3) + 10#计算每个按钮左上角坐标
        B = tk.Button(root, text=f"{i + 1}", bg='white', fg='black',
                          font=('幼圆', 14, 'bold'), command=lambda num=i + 1: u_number(num, loca))
        B.place(x=top_x, y=top_y, width=bc + 3, height=bc + 3)#绘制按钮到图上
def control_draw(bc, u_martix):
    '''
    绘制数字按钮
    :param bc: 全局按钮大小
    :param u_martix: 当前用户矩阵
    :return:
    '''
    num = [9] * 11#记录每个数字缺失的个数为9
    for i in range(9):
        for j in range(9):#遍历当前数组，每有一个数字，则该数字的缺失值减一
            num[u_martix[i][j]] = num[u_martix[i][j]] - 1
    for i in range(9):
        top_x, top_y = i * (bc + 3) + 50, 12 * (bc + 3) + 10#计算每个按钮左上角坐标
        if num[i + 1]:#如果该数字还有缺失（图中不到9个），则按钮可以显示
            B = tk.Button(root, text=f"{i + 1}", bg='white', fg='black',
                          font=('幼圆', 14, 'bold'), command=lambda num=i + 1: u_number(num, loca))
        else:#若某个数字已经有9个，说明已经不能选择该数字，设置这个按钮为不可按
            B = tk.Button(root, text=f"{i + 1}", bg='grey', fg='black', state=DISABLED,
                          font=('幼圆', 14, 'bold'), command=lambda num=i + 1: u_number(num, loca))
        B.place(x=top_x, y=top_y, width=bc + 3, height=bc + 3)#绘制按钮到图上


def listen_del(loca, possible):
    '''
    擦除功能
    :param loca: 当前位置
    :return:
    '''
    if loca != ():
        # 选定了位置才能擦除
        row, col = loca[0] - 1, loca[1] - 1
        if not u_martix[row][col] == 0 and martix[row][col] == 0:  # 原题目中没有数字才可以删除
            u_martix[row][col] = 0#设置为空
            possible[row][col].clear()#清除可能值
            print(loca, 2, "删除")#输出删除信息
        draw(loca, martix, u_martix, STEP)#显示界面

def listen_all_note(possible, u_martix):
    '''
    一键提示功能
    :param pos:
    :return:
    '''
    print('all note')#输出提示信息
    global show_possible, loca
    show_possible = 1 # 显示提示信息
    for row in range(9):
        for col in range(9):
            if u_martix[row][col] == 10 or u_martix[row][col] == 0:# 只有空格才会更新提示
                possible[row][col] = GetPossible(u_martix, row, col)#计算可能取值
                u_martix[row][col] = 10#标记这个格子为存在提示
    draw(loca, martix, u_martix, STEP)#重新绘制界面

def show_hint(bc, u_martix, possible):
    '''
    显示提示信息
    :param bc: 方格大小
    :return:
    '''
    hint_bc = int(bc // 3)# 小数字的间距
    for row in range(9):
        for col in range(9):
            if not u_martix[row][col] == 10:
                possible[row][col].clear()# 只有u_martix[j][i]为10才表示该格子有笔记存在
                continue# 若该格无笔记，则跳过该格
            x, y = col * (bc + 3) + 50 + bc / 2, row * (bc + 3) + 50 + bc / 2# 计算大方格中点坐标
            x = x - hint_bc#计算左上角第一个数字坐标
            y = y - hint_bc#计算左上角第一个数字坐标
            for ii in range(3):# 按照九宫格显示小数字
                for jj in range(3):
                    n = ii * 3 + jj + 1#遍历1~9
                    if possible[row][col]:  # 在用户已填的部分有可能导致部分格子无解，所以先加一个判断
                        for k in possible[row][col]:
                            if n == k:# 如果possible[row][col]中含有k，则说明该格子可以填k，则将k显示在方格中
                                cv.create_text(x + ii * hint_bc, y + jj * hint_bc,
                                               text=f"{n}", font=('楷体', 10), fill='purple')
    cv.update()#更新画布




def listen_hint(loca, u_martix):
    '''
    提示功能：显示当前格子的可能值
    :param loca: 当前格子
    :return:
    '''
    if loca != ():
        row, col = loca[0] - 1, loca[1] - 1
        if u_martix[row][col] == 0 or u_martix[row][col] == 10:#只有该方格没有数字时才能提示
            possible[row][col] = GetPossible(u_martix, row, col)#计算该方格可能取值
            u_martix[row][col] = 10#标记该方格为存在提示
            draw(loca, martix, u_martix, STEP)#重新绘制界面

def listen_note(loca):
    '''
    笔记功能
    :param loca: 当前位置
    :return:
    '''
    if loca != ():#若已经选中一个方格
        global note_mark  # 函数内修改全局变量
        note_mark = not note_mark#切换笔记模式
        print(f"笔记功能:{note_mark}")#输出信息
        draw(loca, martix, u_martix, STEP)#绘制界面

def listen_backspace():
    '''
    撤回功能
    :return:
    '''
    global u_martix, STEP
    if len(STEP) > 1:# 如果操作记录中有操作
        STEP.pop()# 删除操作记录最后一步操作
        u_martix = STEP[-1][-1].copy()#将数独状态复位到上一步操作
        loca = STEP[-1][1]#将当前选定方格复位到上一步操作
        draw(loca, martix, u_martix, STEP)#重新绘制界面
    else:#若已经没有操作步骤（已经回到游戏初始状态）
        u_martix = STEP[-1][-1].copy()#将数独状态复制到初始状态


def control(bc):
    '''
    绘制五个控制按键
    :param bc:全局按钮大小
    :return:
    '''
    global loca, loca_o
    lon = 9 * (bc + 3) + 50
    lon = lon // 5 - 12  # 控制按键长度
    ctl = ["撤回", "擦除", "笔记", "一键笔记", "提示"]
    # 撤回
    B1 = tk.Button(root, text=f"{ctl[0]}", bg='white', fg='black',
                  font=('幼圆', 12, 'bold'), command=lambda: listen_backspace())
    B1.place(x=(lon + 2) * 0 + 50, y=(bc + 3) * 11 + 8, width=lon, height=bc)
    # 擦除
    B2 = tk.Button(root, text=f"{ctl[1]}", bg='white', fg='black',
                  font=('幼圆', 12, 'bold'), command=lambda: listen_del(loca, possible))
    B2.place(x=(lon + 2) * 1 + 50, y=(bc + 3) * 11 + 8, width=lon, height=bc)
    # 笔记
    B3 = tk.Button(root, text=f"{ctl[2]}", bg='white', fg='black',
                  font=('幼圆', 12, 'bold'), command=lambda: listen_note(loca))
    B3.place(x=(lon + 2) * 2 + 50, y=(bc + 3) * 11 + 8, width=lon, height=bc)
    # 一键笔记
    B4 = tk.Button(root, text=f"{ctl[3]}", bg='white', fg='black',
                  font=('幼圆', 12, 'bold'), command=lambda: listen_all_note(possible, u_martix))
    B4.place(x=(lon + 2) * 3 + 50, y=(bc + 3) * 11 + 8, width=lon, height=bc)
    # 提示
    B5 = tk.Button(root, text=f"{ctl[4]}", bg='white', fg='black',
                  font=('幼圆', 12, 'bold'), command=lambda: listen_hint(loca, u_martix))
    B5.place(x=(lon + 2) * 4 + 50, y=(bc + 3) * 11 + 8, width=lon, height=bc)


def draw(loca, martix, u_martix, STEP):
    '''
    绘制游戏界面
    :param loca: 当前位置
    :return:
    '''
    for i in range(9):
        for j in range(9):# 绘制小方格
            rect_draw(BC, i, j)
    if loca != ():#根据当前选中位置绘制阴影
        row, col = loca[0] - 1, loca[1] - 1
        for i in range(9):
            for j in range(9):
                if col == i and row == j:#当前选中的方格使用灰色标记
                    cv.create_rectangle(col * (BC + 3) + 52, row * (BC + 3) + 52, col * (BC + 3) + 48 + BC,
                                        row * (BC + 3) + 48 + BC, fill='grey', width=0)
                elif col == i or row == j:#当前选中方格所在行列使用浅灰色标记
                    cv.create_rectangle(i * (BC + 3) + 52, j * (BC + 3) + 52, i * (BC + 3) + 48 + BC,
                                        j * (BC + 3) + 48 + BC, fill='#CCCCCC', width=0)
    show_hint(BC, u_martix, possible)# 显示提示信息
    for row in range(9):
        for col in range(9):# 在小方格上绘制数字
            num_draw(BC, row, col, martix, u_martix)
    print(u_martix.tolist())
    print(loca)
    control(BC)# 绘制五个控制按键
    control_draw(BC, u_martix)# 绘制9个数字按钮
    empty_count = empty(martix)# 计算数组空格
    Difficulty(empty_count)# 根据空格数量显示难度
    noter(note_mark)# 显示笔记提示
    seq_recode(right, STEP)# 显示步骤
    win(u_martix, time1, STEP)# 检查游戏是否结束
    cv.update()# 更新画布

N = 30 # 空白格子数
martix = InitMartix(N)
u_martix = martix.copy()  # 复制用户martix数组
BC = 40
show_possible = 0 # 是否显示提示
# 初始化可能值数组
p = []
possible = []
for i in range(9):
    p.append({}.copy())
for i in range(9):
    possible.append(p.copy())
# print(possible)
loca_o = tuple()  # martix 数组上次滞留坐标
loca = tuple()
note_mark = False  # 笔记开启标志
# note_list = []  # 笔记数字记录
# note_martix = []  # 笔记位置记录列表
wait_time = 0.5 # 自动求解速度
step = []  # 操作步骤
STEP = [[0, (0, 0), 0, martix]]  # 记录每一步的状态
seq = 1  # 全局操作次序初始化

time1 = MyTimer()  # 实例计时器
# 显示时间信息
show_Time(time1)
draw(loca, martix, u_martix, STEP)

cv.bind('<Button-1>', left1)

if __name__ == "__main__":
    mainloop()