マルチスレッド版数独自動生成ソフトC++コードを題材とする超初心者のためのVisual Studio C++講義
第13章 様々な魔方陣の作成および自動生成
第10話 マルチスレッドによる魔方陣１個生成普遍版の開発という課題についての説明
今回は第11章第15話で完成させた魔方陣普遍版シングルスレッドをマルチスレッド
#pragma warning(disable: 4996)//第２編のために必要
#include<iostream>//インクルードファイルiostreamの読み込み
#include<conio.h>//while(!_kbhit());を使うためのお呪い
#include<string> //文字列変数を使えるようにするために組み込む
#include <iomanip> //setprecisionを使えるように組み込む
#include <cmath>//powなどを使うときに必要
#include <ctime>//time()（←現時刻発生する関数）を使うために必要
using namespace std;//coutを使うときに必要なお呪い
#include <process.h>//_beginthreadを使うために必要
void 変身の術関数(void* aa);//スレッドを派生させる関数
const size_t n = 4;
const size_t th = n * n;
void f(int p, int s);//魔方陣生成関数
void ２次座標生成();
size_t 継続[th];
size_t m[7040][th][n][n];//魔方陣を収納する４次元配列
size_t a[th][n][n];//魔方陣を形成するための作業用３次元配列
size_t cn[th];//それぞれのスレッドにおける魔方陣をカウントする１次元配列
size_t y[th];//縦座標
size_t x[th];//横座標
size_t b[n][n];//y座標・x座標形成のための２次元配列
size_t mg = n * (th + 1) / 2;//魔方陣の対角線または行または列の合計
int main() {
clock_t hj, ow;
for (size_t i = 0; i < th; i++) {
継続[i] = 1;
cn[i] = 0;
}
２次座標生成();
cout << "マルチスレッド版" << n << "次魔方陣検証開始" << endl;
hj = clock();
size_t ii[th];
for (size_t i = 0; i < th; i++) {
ii[i] = i;
_beginthread(変身の術関数, 0, &ii[i]); //新しいスレッドを起動して、そのスレッド上で関数問題生成関数を働かせなさいの命令
}
while (1) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t i = 0; i < th; i++)合計 += 継続[i];
if (合計 == 0)break;
}
ow = clock();
for (size_t i = 0; i < 100; i++) {
for (size_t j = 0; j < th; j++) {
for (size_t k = 0; k < n; k++) {
for (size_t l = 0; l < n; l++) {
if (m[i][j][k][l] < 10) {
cout << " " << m[i][j][k][l] << " ";
}
else {
cout << m[i][j][k][l] << " ";
}
}
cout << endl;
}
cout << endl;
}
cout << endl;
}
cout << n << "次魔方陣生成時間は" << (double)(ow - hj) / CLOCKS_PER_SEC << "秒です。" << endl;
size_t gk = 0;
for (size_t i = 0; i < th; i++) {
gk += cn[i];
}
cout << "生成された" << n << "次魔方陣個数は" << gk << "個です。" << endl;
cout << "マルチスレッド版" << n << "次魔方陣生成全過程修了" << endl;
while (!_kbhit());//待機させるための命令
return(0);
}
void 変身の術関数(void* aa) {//マルチスレッド
size_t p = *(size_t*)aa;
a[p][y[0]][x[0]] = p + 1;
f(p, 1);
継続[p] = 0;
}
void f(int p, int s) {//魔方陣生成関数
for (size_t i = 0; i < th; i++) {
size_t h = 1;
for (size_t j = 0; j < s; j++) {
if (a[p][y[j]][x[j]] == i + 1) {
h = 0;
break;
}
}
if (h == 1) {
a[p][y[s]][x[s]] = i + 1;
}
if (h == 1) {
if (y[s] == n - 1 && x[s] == n - 1) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][j][j];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (y[s] == n - 1 && x[s] == 0) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][j][n - 1 - j];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (y[s] == 0 && x[s] == n - 2) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][y[s]][j];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (y[s] > 0 && y[s] < n - 1 && x[s] == n - 1) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][y[s]][j];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (y[s] == n - 2 && x[s] == 0) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][j][x[s]];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (y[s] == n - 1 && x[s] > 0 && x[s] < n - 1) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][j][x[s]];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (y[s] == n - 1 && x[s] == n - 2) {
size_t 合計 = 0;
for (size_t j = 0; j < n; j++) {
合計 += a[p][y[s]][j];
}
if (合計 != mg)h = 0;
}
}
if (h == 1) {
if (s + 1 < th) {
f(p, s + 1);
}
else {
for (size_t j = 0; j < th; j++) {
m[cn[p]][p][y[j]][x[j]] = a[p][y[j]][x[j]];
}
cn[p]++;
if (cn[p] == 100) {
a[p][y[s]][x[s]] = 0;
return;
}
}
}
if (cn[p] == 100) {
a[p][y[s]][x[s]] = 0;
return;
}
a[p][y[s]][x[s]] = 0;
}
}
void ２次座標生成() {//y横座標とx縦座標生成
int i, j, c;
for (i = 0; i < n; i++) {
for (j = 0; j < n; j++) {
b[i][j] = -1;
}
}
for (i = 0; i < n; i++) {
b[i][i] = i;
}
c = n - 1;
for (i = 0; i < n; i++) {
if (b[i][n - 1 - i] == -1) {
c++;
b[i][n - 1 - i] = c;
}
}
for (i = 0; i < n; i++) {
for (j = 0; j < n; j++) {
if (b[i][j] == -1) {
c++;
b[i][j] = c;
}
}
}
for (i = 0; i < n; i++) {
for (j = 0; j < n; j++) {
x[b[i][j]] = j;
y[b[i][j]] = i;
}
}
}
実行結果
(
10 15 6 3
5 4 9 16
11 14 7 2
8 1 12 13
11 16 1 6
14 3 10 7
4 13 8 9
5 2 15 12
12 14 1 7
13 3 16 2
4 6 9 15
5 11 8 10
13 12 1 8
7 2 11 14
4 5 16 9
10 15 6 3
14 15 1 4
2 3 13 16
11 10 8 5
7 6 12 9
15 13 4 2
1 3 16 14
8 6 9 11
10 12 5 7
16 13 1 4
2 3 15 14
11 10 6 7
5 8 12 9
4次魔方陣生成時間は3.233秒です。
生成された4次魔方陣個数は7040個です。
マルチスレッド版4次魔方陣生成全過程修了
)
注 この実験結果は
if (cn[p] == 100) {
a[p][y[s]][x[s]] = 0;
return;
}
を外したものです。
を改良していきます。
100個生成を１個生成に改良するのです。
上に示されている実行結果は４次魔方陣です。
const size_t n = 6;
const size_t th = n * n;
と変更すれば６次魔方陣が生成されます。
そして、36スレッドプログラミングです。
１個生成に変更するということは36スレッドの中で一番先に６次魔方陣を発見できたら、
その時点で強制的に全スレッドを強制終了させるということです。
その変更を加えるだけで
と結構高速化が可能です。
36個のスレッドが用意ドンで生成を始めてどこかのスレッド発見したら表示させるのですから、
1個当たりの平均で比べても圧倒的に速くなるのです。
５次でさえ１個平均で3.5秒もかかるのです。
ですから
は驚異的な数字であることがお分かりかと思います。
比べるために
if (cn[p] == 1) {
a[p][y[s]][x[s]] = 0;
return;
}
変更して実験しています。
先生、今回の課題の答えすでに書いていませんか。
いいえ、答ではありません。
この実験結果はmaiの
for (size_t i = 0; i < 100; i++) {
を
for (size_t i = 0; i < 1; i++) {
と変更しての実験結果です。
４次だと効果は感じられませんが、６次だと何十倍の生成速度になります。
さぁ、改良して１個生成を実現しましょう。