[iPad Swift Playgrounds] Sudokuアプリ作成【Step４】回答機能追加
iPad Swift PlaygroundsでSudokuのPlay Boardを作成します。
SwiftUIの使い方をWeb情報などで学習した結果を書きます。
プログラミングすることで同時にSudoku解法の理解を深めます。
【Step４】回答機能追加
回答機能を追加します。Sudokuは解ける部分から答えを埋めていくことで、次が解けるようになるという連鎖で成り立っています。全部の数値を埋めた答えを示されても、発見できていない次の解がどの部分なのか分かりません。人間の思考を補助できるように、次の一手の範囲だけ示すようにします。
Sudoku解析ロジックは基本的な下記２種をまず実装します。（詳細は後述）
・Naked Single ※外部サイトへのリンクです
・Hidden Single ※外部サイトへのリンクです
下のように動作させます。右上の回答設定をONに状態で問題を入力した後に、下段に表示されている回答ボタンをタップして回答し続けた状態をキャプチャーしたものです。７倍速再生でgif化したものです。
ContentView.swift 全コード
import SwiftUI
struct ContentView: View {
@State private var selected = false
@State private var selRow = -1
@State private var selCol = -1
@State private var markNumber = -1
@State private var sudokulog: [[Int]] = []
@State private var undoCount = 0
@State private var sudokuError = false
@State private var data = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: 9), count: 9)
@State private var data_save = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: 9), count: 9)
@State private var answers = false
@State private var nextChoices: [[Int]] = []
var body: some View {
let cellSize = CGFloat(40)
let blockLineSize = CGFloat(3)
let lineColor = Color.black
VStack(spacing: 0) {
ZStack {
Text("Sudoku")
.font(.system(size: 30))
.fontWeight(.bold)
HStack {
Text("answer")
Toggle(isOn: $answers) {}
.labelsHidden()
}
.offset(x: 130, y: 0)
}
SudokuCells(cellSize: cellSize, blockLineSize: blockLineSize, lineColor: lineColor)
}
Spacer().frame(height: 8)
VStack(spacing:4) {
SudokuNumberButtons()
SudokuFunctionButtons()
SudokuAnswerButtons()
}
}
@ViewBuilder
func SudokuCells(cellSize: CGFloat, blockLineSize: CGFloat, lineColor: Color) -> some View{
ZStack {
let backgroundSize = CGFloat(cellSize * 9 + blockLineSize * 5) // 背景の大きさを計算
RoundedRectangle(cornerRadius: 0)
.fill(lineColor)
.frame(width: backgroundSize, height: backgroundSize)
VStack(spacing: blockLineSize) {
ForEach(0..<3, id: \.self) { brow in
HStack(spacing: blockLineSize) {
ForEach(0..<3, id: \.self){ bcol in
VStack(spacing:0) {
ForEach(0..<3, id: \.self) { crow in
HStack(spacing:0) {
ForEach(0..<3, id: \.self) { ccol in
let row = brow * 3 + crow
let col = bcol * 3 + ccol
Button(action: {
selectCell(row: row, col: col)
}) {
Text(getCellText(row: row, col: col))
.frame(width: cellSize, height: cellSize, alignment: .center)
.border(lineColor)
.foregroundColor(.black)
.background(getCellColor(row: row, col: col))
.font(.system(size: 35))
.fontWeight(data_save[row][col] == 0 ? .regular : .semibold) // 問題は太字で表示
}
}
}
}
}
}
}
}
}
}
}
@ViewBuilder
func SudokuNumberButtons() -> some View{
HStack(spacing:3) {
ForEach(0..<9, id: \.self) { n in
Button(action: {
setnumber(n: n + 1)
}) {
Text(String(n + 1))
.frame(width: 38, height: 38, alignment: .center)
.foregroundColor(.black)
.background(.mint)
.cornerRadius(10)
.font(.system(size: 35))
}
}
}
HStack(spacing:3) {
ForEach(0..<9, id: \.self) { n in
Text(numberOfRemainingCases(n: n + 1, sudokuMatrix: data))
.frame(width: 38, height: 26, alignment: .center)
.foregroundColor(.black)
.background(.white)
.font(.system(size: 20))
}
}
}
@ViewBuilder
func SudokuFunctionButtons() -> some View{
HStack(spacing:4) {
Button(action: {
undo()
}) {
Image(systemName: "arrow.uturn.backward")
.foregroundColor(Color.black)
.imageScale(.large)
.frame(width: 40, height: 40, alignment: .center)
.background(Color.mint)
.cornerRadius(10)
}
Button(action: {
redo()
}) {
Image(systemName: "arrow.uturn.forward")
.foregroundColor(Color.black)
.imageScale(.large)
.frame(width: 40, height: 40, alignment: .center)
.background(Color.mint)
.cornerRadius(10)
}
Button(action: {
setMemory()
}) {
Image(systemName: "square.and.arrow.down")
.foregroundColor(Color.black)
.imageScale(.large)
.frame(width: 40, height: 40, alignment: .center)
.background(Color.mint)
.cornerRadius(10)
}
Button(action: {
loadMemory()
}) {
Image(systemName: "square.and.arrow.up")
.foregroundColor(Color.black)
.imageScale(.large)
.frame(width: 40, height: 40, alignment: .center)
.background(Color.mint)
.cornerRadius(10)
}
Button(action: {
allClear()
}) {
Image(systemName: "eraser.fill")
.foregroundColor(Color.black)
.imageScale(.large)
.frame(width: 40, height: 40, alignment: .center)
.background(Color.mint)
.cornerRadius(10)
}
}
}
@ViewBuilder
func SudokuAnswerButtons() -> some View{
VStack(spacing: 4) {
ForEach(0..<3, id: \.self) { krow in
HStack(spacing: 4) {
ForEach(0..<5, id: \.self){ kcol in
let k = krow * 5 + kcol
Button(action: {
if k < nextChoices.count {
selectCell(row: nextChoices[k][0], col: nextChoices[k][1])
setnumber(n: nextChoices[k][2])
}
}) {
Text(getTextNextChoices(n: k, dt: nextChoices))
.frame(width: 70, height: 40, alignment: .center)
.foregroundColor(.black)
.font(.system(size: 20))
.fontWeight(.regular)
.background(.mint)
.cornerRadius(10)
}
.opacity(answers && k < nextChoices.count ? 1 : 0)
}
}
}
}
}
private func selectCell(row: Int, col: Int) {
if sudokuError { return } // エラー状態では受け付けない
if data[row][col] == 0 { // 空白の時には選択状態にする、マーク番号を未定義にする
markNumber = -1
selRow = row
selCol = col
selected = true
} else { // 空白でないときはマーク番号を設定、非選択状態にする
markNumber = data[row][col]
selected = false
selRow = -1
selCol = -1
}
}
private func setnumber(n: Int) {
if sudokuError { return } // エラー状態では受け付けない
if selected {
if data[selRow][selCol] == 0 { // 選択状態のセルが空白なら数値を設定する
while undoCount > 0 {
sudokulog.removeLast()
undoCount -= 1
}
sudokulog.append([selRow, selCol, n])
data[selRow][selCol] = n
if checkError(row: selRow, col: selCol, num: n, sudokuMatrix: data) { // エラーチェック
sudokuError = true
} else {
sudokuError = false
}
return
}
}
selectNumber(num: n) // 非選択状態ならその数値をマークするように設定する
}
private func selectNumber(num: Int) {
if num != 0 { // 0で無ければその数値をマーク番号とする、非選択状態にする
markNumber = num
selected = false
selRow = -1
selCol = -1
} else { // 0は特別に非選択状態＆数値非マーク状態設定用に使用しています
markNumber = -1
selected = false
selRow = -1
selCol = -1
}
}
private func getCellText(row: Int, col: Int) -> String {
// Cellに表示する文字を返す
// 0 の時はスペースを返す
var answer = " "
if data[row][col] != 0 {
answer = String(data[row][col])
}
return answer
}
private func getCellColor(row: Int, col: Int) -> Color {
if sudokuError { // エラー状態のとき
if selRow == row && selCol == col { // 選択セルを赤
return Color.red
} else if selected {
if data[row][col] == data[selRow][selCol] { // 同じ数値を黄色
return Color.yellow
}
}
} else if selected {
if selRow == row && selCol == col { // そのセルが選択されたセルならば
if data[row][col] == 0 { // 空白の時はオレンジでマーク
return Color.orange
} else {
return Color.blue // 空白でなければブルーでマーク
}
}
} else if data[row][col] == markNumber { // 非選択状態でそのセルがマーク番号と一致した場合
return Color.mint // ミントでマーク
}
return Color.white // デフォルトは白
}
private func numberOfRemainingCases(n: Int, sudokuMatrix: [[Int]]) -> String {
// 各数字を設定する残り回数を戻す
let count = 9 - sudokuMatrix.flatMap { $0 }.filter { $0 == n }.count
return String(count)
}
private func displayLog(row: Int, col: Int) {
// セル選択状態、数値設定あり --> ブルーマーク状態にする
markNumber = -1
selected = true
selRow = row
selCol = col
}
private func undo() {
if sudokulog.count > 0 {
if undoCount < sudokulog.count {
undoCount = undoCount + 1
var p = sudokulog.count - undoCount
data[sudokulog[p][0]][sudokulog[p][1]] = 0 // 空白に戻す
p -= 1
if p >= 0 { // 履歴表示途中なら
displayLog(row: sudokulog[p][0], col: sudokulog[p][1]) // セルをブルーマーク状態にする
sudokuError = false
if checkError(row: sudokulog[p][0], col: sudokulog[p][1], num: sudokulog[p][2], sudokuMatrix: data) {
sudokuError = true
}
return
}
}
}
selectNumber(num: 0) // 非選択＆数字非マーク状態設定
}
private func redo() {
if sudokuError { return } // エラー状態では受け付けない
if sudokulog.count > 0 {
if undoCount > 0 {
let p = sudokulog.count - undoCount
data[sudokulog[p][0]][sudokulog[p][1]] = sudokulog[p][2] // 履歴から戻して設定する
displayLog(row: sudokulog[p][0], col: sudokulog[p][1]) // セルをブルーマーク状態にする
sudokuError = false
if checkError(row: sudokulog[p][0], col: sudokulog[p][1], num: sudokulog[p][2], sudokuMatrix: data) {
sudokuError = true
}
undoCount = undoCount - 1
return
}
}
selectNumber(num: 0) // 非選択＆数字非マーク状態設定
}
private func setMemory() {
// 問題データとして保存する
if sudokuError { return } // エラー状態では受け付けない
data_save = data
sudokulog = []
undoCount = 0
selectNumber(num: 0) // 非選択＆数字非マーク状態設定
}
private func loadMemory() {
// 保存されている問題データを読み込む
data = data_save
sudokulog = []
undoCount = 0
selectNumber(num: 0) // 非選択＆数字非マーク状態設定
sudokuError = false
next()
}
private func allClear() {
// Sudokuの作業状態をクリアする
data = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: 9), count: 9)
sudokulog = []
undoCount = 0
selectNumber(num: 0) // 非選択＆数字非マーク状態設定
sudokuError = false
nextChoices = []
}
private func checkError(row: Int, col: Int, num: Int, sudokuMatrix: [[Int]]) -> Bool {
// セルに設定した数値がルールエラーだとtrueを返す
for c in 0..<sudokuMatrix[row].count {
if c != col && num == sudokuMatrix[row][c] {
return true
}
}
for r in 0..<sudokuMatrix.count {
if r != row && num == sudokuMatrix[r][col] {
return true
}
}
let baseRow = Int(row / 3) * 3
let baseCol = Int(col / 3) * 3
for r in baseRow..<baseRow + 3 {
for c in baseCol..<baseCol + 3 {
if r != row && c != col && num == sudokuMatrix[r][c] {
return true
}
}
}
next()
return false
}
private func getTextNextChoices(n: Int, dt: [[Int]]) -> String {
var answer = " "
if n < dt.count {
answer = String(dt[n][0]) + "," + String(dt[n][1]) + ":" + String(dt[n][2])
}
return answer
}
private func next() {
var candidates = listCandidates(sudokuMatrix: data)
var answer: [[Int]] = []
answer = getAnswerNakedSingle(candicates_9x9: candidates)
let newAnswer = getAnswerHiddenSingle(candicates_9x9: candidates)
for ans in newAnswer {
answer.append(ans)
}
nextChoices = answer
}
private func getAnswerNakedSingle(candicates_9x9: [[[Int]]]) -> [[Int]] {
var answer: [[Int]] = []
for row in 0..<candicates_9x9.count {
for col in 0..<candicates_9x9[row].count {
if candicates_9x9[row][col].count == 1 {
answer.append([row, col, candicates_9x9[row][col][0]])
}
}
}
return answer
}
private func getAnswerHiddenSingle(candicates_9x9: [[[Int]]]) -> [[Int]] {
var answer: [[Int]] = []
let allLocations = getAllLocations(sudokuMatrix: data)
for locations in allLocations {
var numberLocations: [[[Int]]] = [[], [], [], [], [], [], [], [], []]
for c in locations {
for n in 0..<numberLocations.count {
let row = c[0]
let col = c[1]
if candicates_9x9[row][col].contains(n + 1) {
numberLocations[n].append([row, col])
}
}
}
for n in 0..<numberLocations.count {
if numberLocations[n].count == 1 {
let row = numberLocations[n][0][0]
let col = numberLocations[n][0][1]
let num = n + 1
if candicates_9x9[row][col].count > 1 {
let strAnswer = answer.map { String(describing: $0) }
if !strAnswer.contains(String(describing:[row, col, num])) {
answer.append([row, col, num])
}
}
}
}
}
return answer
}
private func listCandidates(sudokuMatrix: [[Int]]) -> [[[Int]]] {
// 9x9の候補リスト（３次元配列）を返します
var candicates_9x9: [[[Int]]] = []
for r in 0..<sudokuMatrix.count {
var candicates_1x9: [[Int]] = []
for c in 0..<sudokuMatrix[r].count {
let candicates_1x1 = getCcandicates(row: r, col: c, sudokuMatrix: sudokuMatrix)
candicates_1x9.append(candicates_1x1) // 1セル分追加
}
candicates_9x9.append(candicates_1x9) // 1行分追加
}
return candicates_9x9
}
private func getCcandicates(row: Int, col: Int, sudokuMatrix: [[Int]]) -> [Int] {
// 1x1 指定されたセルの候補リスト（１次元配列）を返します
var candicates_1x1: [Int] = []
if sudokuMatrix[row][col] == 0 {
candicates_1x1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
let baseRow = Int(row / 3) * 3
let baseCol = Int(col / 3) * 3
for r in baseRow..<baseRow + 3 {
for c in baseCol..<baseCol + 3 {
candicates_1x1 = candicates_1x1.filter { $0 != sudokuMatrix[r][c] } // ブロックにある数値を取り除きます
}
}
for r in 0..<sudokuMatrix.count {
candicates_1x1 = candicates_1x1.filter { $0 != sudokuMatrix[r][col] } // 行にある数値を取り除きます
}
for c in 0..<sudokuMatrix[row].count {
candicates_1x1 = candicates_1x1.filter { $0 != sudokuMatrix[row][c] } // 列にある数値を取り除きます
}
}
return candicates_1x1
}
private func getAllLocations(sudokuMatrix: [[Int]]) -> [[[Int]]] {
// ブロック(3x3)、行(1x9)、列(9x1)の行と列の組み合わせパターン27組を返す
var locations: [[[Int]]] = []
for brow in 0..<3 {
for bcol in 0..<3 {
var locations_line: [[Int]] = []
let baseRow = brow * 3
let baseCol = bcol * 3
for row in baseRow..<baseRow + 3 {
for col in baseCol..<baseCol + 3 {
locations_line.append([row, col])
}
}
locations.append(locations_line)
}
}
for row in 0..<sudokuMatrix.count {
var locations_line: [[Int]] = []
for col in 0..<sudokuMatrix[row].count {
locations_line.append([row, col])
}
locations.append(locations_line)
}
for col in 0..<sudokuMatrix[0].count {
var locations_line: [[Int]] = []
for row in 0..<sudokuMatrix.count {
locations_line.append([row, col])
}
locations.append(locations_line)
}
return locations
}
}プログラムコード説明（追加分）
回答機能を追加する為に2つの変数を追加します。
answersは回答モードを記憶します。
nextChoicesは回答内容[行,列,数値]を記憶する２次元配列です。
@State private var answers = false
@State private var nextChoices: [[Int]] = []タイトルSudokuの横に回答モードのスイッチをToggle()で設置しました。
回答ボタンをSudokuAnswerButtons()にまとめて配置しました。
var body: some View {
let cellSize = CGFloat(40)
let blockLineSize = CGFloat(3)
let lineColor = Color.black
VStack(spacing: 0) {
ZStack {
Text("Sudoku")
.font(.system(size: 30))
.fontWeight(.bold)
HStack {
Text("answer")
Toggle(isOn: $answers) {}
.labelsHidden()
}
.offset(x: 130, y: 0)
}
SudokuCells(cellSize: cellSize, blockLineSize: blockLineSize, lineColor: lineColor)
}
Spacer().frame(height: 8)
VStack(spacing:4) {
SudokuNumberButtons()
SudokuFunctionButtons()
SudokuAnswerButtons()
}
}次の記事を参考にToggle()のラベルを非表示.labelsHidden()にしました。
@ViewBuilderを用いて回答ボタンをまとめて定義しています。
５列ｘ３行に１５個のボタンを配置しました。
.opacity(answers && k < nextChoices.count ? 1 : 0)
で回答機能がＯＦＦの時や、回答データの個数を超えるボタンを非表示にしています。
@ViewBuilder
func SudokuAnswerButtons() -> some View{
VStack(spacing: 4) {
ForEach(0..<3, id: \.self) { krow in
HStack(spacing: 4) {
ForEach(0..<5, id: \.self){ kcol in
let k = krow * 5 + kcol
Button(action: {
if k < nextChoices.count {
selectCell(row: nextChoices[k][0], col: nextChoices[k][1])
setnumber(n: nextChoices[k][2])
}
}) {
Text(getTextNextChoices(n: k, dt: nextChoices))
.frame(width: 70, height: 40, alignment: .center)
.foregroundColor(.black)
.font(.system(size: 20))
.fontWeight(.regular)
.background(.mint)
.cornerRadius(10)
}
.opacity(answers && k < nextChoices.count ? 1 : 0)
}
}
}
}
}回答ボタンに表示する文字列は下記で作成しています。
private func getTextNextChoices(n: Int, dt: [[Int]]) -> String {
var answer = " "
if n < dt.count {
answer = String(dt[n][0]) + "," + String(dt[n][1]) + ":" + String(dt[n][2])
}
return answer
}Sudokuを解析して回答を作成する部分は下記に定義しています。
このnext()はエラーチェックでエラーで無いときに呼び出しています。
private func next() {
var candidates = listCandidates(sudokuMatrix: data)
var answer: [[Int]] = []
answer = getAnswerNakedSingle(candicates_9x9: candidates)
let newAnswer = getAnswerHiddenSingle(candicates_9x9: candidates)
for ans in newAnswer {
answer.append(ans)
}
nextChoices = answer
}解析用に下記の関数を作成しました。
private func getAnswerNakedSingle(candicates_9x9: [[[Int]]]) -> [[Int]] {
var answer: [[Int]] = []
for row in 0..<candicates_9x9.count {
for col in 0..<candicates_9x9[row].count {
if candicates_9x9[row][col].count == 1 {
answer.append([row, col, candicates_9x9[row][col][0]])
}
}
}
return answer
}
private func getAnswerHiddenSingle(candicates_9x9: [[[Int]]]) -> [[Int]] {
var answer: [[Int]] = []
let allLocations = getAllLocations(sudokuMatrix: data)
for locations in allLocations {
var numberLocations: [[[Int]]] = [[], [], [], [], [], [], [], [], []]
for c in locations {
for n in 0..<numberLocations.count {
let row = c[0]
let col = c[1]
if candicates_9x9[row][col].contains(n + 1) {
numberLocations[n].append([row, col])
}
}
}
for n in 0..<numberLocations.count {
if numberLocations[n].count == 1 {
let row = numberLocations[n][0][0]
let col = numberLocations[n][0][1]
let num = n + 1
if candicates_9x9[row][col].count > 1 {
let strAnswer = answer.map { String(describing: $0) }
if !strAnswer.contains(String(describing:[row, col, num])) {
answer.append([row, col, num])
}
}
}
}
}
return answer
}
private func listCandidates(sudokuMatrix: [[Int]]) -> [[[Int]]] {
// 9x9の候補リスト（３次元配列）を返します
var candicates_9x9: [[[Int]]] = []
for r in 0..<sudokuMatrix.count {
var candicates_1x9: [[Int]] = []
for c in 0..<sudokuMatrix[r].count {
let candicates_1x1 = getCcandicates(row: r, col: c, sudokuMatrix: sudokuMatrix)
candicates_1x9.append(candicates_1x1) // 1セル分追加
}
candicates_9x9.append(candicates_1x9) // 1行分追加
}
return candicates_9x9
}
private func getCcandicates(row: Int, col: Int, sudokuMatrix: [[Int]]) -> [Int] {
// 1x1 指定されたセルの候補リスト（１次元配列）を返します
var candicates_1x1: [Int] = []
if sudokuMatrix[row][col] == 0 {
candicates_1x1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
let baseRow = Int(row / 3) * 3
let baseCol = Int(col / 3) * 3
for r in baseRow..<baseRow + 3 {
for c in baseCol..<baseCol + 3 {
candicates_1x1 = candicates_1x1.filter { $0 != sudokuMatrix[r][c] } // ブロックにある数値を取り除きます
}
}
for r in 0..<sudokuMatrix.count {
candicates_1x1 = candicates_1x1.filter { $0 != sudokuMatrix[r][col] } // 行にある数値を取り除きます
}
for c in 0..<sudokuMatrix[row].count {
candicates_1x1 = candicates_1x1.filter { $0 != sudokuMatrix[row][c] } // 列にある数値を取り除きます
}
}
return candicates_1x1
}
private func getAllLocations(sudokuMatrix: [[Int]]) -> [[[Int]]] {
// ブロック(3x3)、行(1x9)、列(9x1)の行と列の組み合わせパターン27組を返す
var locations: [[[Int]]] = []
for brow in 0..<3 {
for bcol in 0..<3 {
var locations_line: [[Int]] = []
let baseRow = brow * 3
let baseCol = bcol * 3
for row in baseRow..<baseRow + 3 {
for col in baseCol..<baseCol + 3 {
locations_line.append([row, col])
}
}
locations.append(locations_line)
}
}
for row in 0..<sudokuMatrix.count {
var locations_line: [[Int]] = []
for col in 0..<sudokuMatrix[row].count {
locations_line.append([row, col])
}
locations.append(locations_line)
}
for col in 0..<sudokuMatrix[0].count {
var locations_line: [[Int]] = []
for row in 0..<sudokuMatrix.count {
locations_line.append([row, col])
}
locations.append(locations_line)
}
return locations
}Sudoku解析テクニックは下記のサイトを参考にしました。
12個のSudoku解析技術が掲載されています。
・Hidden Single ・・・Step４（今回）
・Naked Single ・・・Step４（今回）
・Locked Candidates ・・・対応する予定
・Naked Pair / Triplet / Quad ・・・対応する予定
・Hidden Pair / Triplet / Quad ・・・対応する予定
・XY-Wing ・・・対応しない予定
・XYZ-Wing ・・・対応しない予定
・X-Wing ・・・対応しない予定
・Swordfish ・・・対応しない予定
・Coloring ・・・対応しない予定
・Forcing Chain ・・・対応しない予定
・Nishio ・・・対応しない予定
Naked Single
人間が解を探す方法は、該当するセルを含む行・列・ブロックにある数字でで１～９を構成できるか確認します。残りの１個の数字が解となります。一目で見つけるが困難なので私は後回しにしています。
Hidden Single
禁止されるルールが組み合わさった結果、該当のセルにしかその数値が入らないものが解となります。
下の事例1のパターンが一番見つけ易いと私は思っています。
列を確認する時は同じ数字をマークして、目を横に走らせてその数字を含まない列の空白を埋めます。残りの空白が１個ならそれが解となるという方法で私は探します。
次回予定
Sudoku解析ロジック追加
・Locked Candidates
または、問題をファイル保存、リスト表示、選択対応（テストで毎回問題を入力するのが手間なので）検討中です。ファイル保存、リスト表示対応にしました。