用Java實現24點遊戲
一、常見遊戲規則
從撲克中每次取出4張牌。使用加減乘除，第一個能得出24者為贏。（其中，J代表11，Q代表12，K代表13，A代表1），按照要求編程解決24點遊戲。
基本要求： 隨機生成4個代表撲克牌牌面的數字字母，程序自動列出所有可能算出24的表達式，用擅長的語言（C/C++/Java或其他均可）實現程序解決問題。
1.程序風格良好(使用自定義註釋模板)
2.列出表達式無重復。
提高要求：用戶初始生命值為一給定值（比如3），初始分數為0。隨機生成4個代表撲克牌牌面的數字或字母，由用戶輸入包含這4個數字或字母的運算表達式（可包含括號），如果表達式計算結果為24則代表用戶贏瞭此局。
1. 程序風格良好(使用自定義註釋模板)
2.使用計時器要求用戶在規定時間內輸入表達式，如果規定時間內運算正確則加分，超時或運算錯誤則進入下一題並減少生命值（不扣分）。
3.所有成績均可記錄在TopList.txt文件中。
二、算法分析
用戶需要提前輸入4個數，作為湊成24點的基數，構成arr數組，從而求解目標數T=24。
在數arr中，首先取兩個數與操作符集合進行組合，分別得到一組表達式，對於新得到的每個表達式，都可以和原集合中剩下的元素，組合成新的集合組，將每次得到的表達式，都用”()”包住，以保證計算先後順序。
對集合中所有元素進行兩兩組合，並與剩餘元素形成新的集合。由此，我們得到瞭一組元素為k-1個的集合組
對新集合組中的每一個集合，重復以上1-3步，可得到一組包含k-2個元素的集合組…以此類推，最後會得到一組集合，其中每個集合都隻包含一個元素，這個就是我們合成的最終表達式.對第四步得到的表達式集合進行求解，判斷其是否等於目標數24，將符合條件的過濾出來，即得到所有滿足條件的表達式。
三、概要設計
主函數程序流程圖
四、代碼
package Game;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
public class Compute {
//定義隨機產生的四個數
static int number[] = new int[4];
//轉換後的num1，num2,num3,num4
static int m[]=new int [4];
static String n[] = new String[4];
//用來判斷是否有解
static boolean flag = false;
//存放操作符
static char[] operator = { '+', '-', '*', '/' };
private static Object key;
public static void main(String[] args){
Random rand = new Random();
System.out.println("下列給出四個數字，使用+，-，*，/進行計算使最後計算結果為24");
for(int i=0;i<4;i++){
number[i]=rand.nextInt(13)+1;//隨機生成四個int型數
if(number[i]==1){
System.out.println("A");//如果隨機生成的數為1，則顯示為撲克牌牌面中的A
}
else if(number[i]==11){
System.out.println("J");//如果隨機生成的數為11，則顯示為撲克牌牌面中的J
}
else if(number[i]==12){
System.out.println("Q");//如果隨機生成的數為12，則顯示為撲克牌牌面中的Q
}
else if(number[i]==13){
System.out.println("K");//如果隨機生成的數為13，則顯示為撲克牌牌面中的K
}
else
System.out.println(number[i]);
}
System.out.println("可能的結果有：");
calculate();
}
//給定2個數和指定操作符的計算
public static int calcute(int count1, int count2, char operator) {
if (operator == '+') {
return count1 + count2;
}
else if (operator == '-') {
return count1 - count2;
}
else if (operator == '*') {
return count1 * count2;
}
else if ((operator == '/' )&& (count2 != 0) && (count1%count2==0)) {
return count1 / count2;
}
else {
return -1;
}
}
//計算生成24的函數
public static void calculate(){
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
//存放數字，用來判斷輸入的4個數字中有幾個重復的，和重復的情況
for (int i = 0; i < number.length; i++) {
if(map.get(number[i]) == null){
map.put(number[i], 1);
}
else {
map.put(number[i], map.get(number[i]) + 1);
}
}
if(map.size() == 1){
//如果隻有一種數字，此時隻有一種排列組合，如5，5，5，5
calculation(number[0], number[1],number[2],number[3]);
}
else if(map.size()==2){
//如果隻有2種數字，有2種情況，如1,1,2,2和1,1,1,2
int index = 0;//用於數據處理
int state = 0;//判斷是哪種情況
for (Integer key : map.keySet()) {
if(map.get(key) == 1){
//如果是有1個數字和其他3個都不同，將number變為 number[0]=number[1]=number[2]，
//將不同的那個放到number[3]，方便計算
number[3] = key;
state = 1;
}
else if(map.get(key)==2){
//如果是兩兩相同的情況，將number變為number[0]=number[1],number[2]=number[3]的情況
number[index++]=key;
number[index++]=key;
}
else{
number[index++]=key;
}
}
//列出2種情況的所有排列組合，並分別計算
if(state == 1){
calculation(number[3],number[1],number[1],number[1]);
calculation(number[1],number[3],number[1],number[1]);
calculation(number[1],number[1],number[3],number[1]);
calculation(number[1],number[1],number[1],number[3]);
}
if(state==0){
calculation(number[1],number[1],number[3],number[3]);
calculation(number[1],number[3],number[1],number[3]);
calculation(number[1],number[3],number[3],number[1]);
calculation(number[3],number[3],number[1],number[1]);
calculation(number[3],number[1],number[3],number[1]);
calculation(number[3],number[1],number[1],number[3]);
}
}
else if(map.size()==3){
//有3種數字的情況
int index = 0;
for (Integer key : map.keySet()) {
if(map.get(key) == 2){
//將相同的2個數字放到number[2]=number[3]
number[2] = key;
number[3] = key;
}
else {
number[index++] = key;
}
}
//排列組合，所有情況
calculation(number[0],number[1],number[3],number[3]);
calculation(number[0],number[3],number[1],number[3]);
calculation(number[0],number[3],number[3],number[1]);
calculation(number[1],number[0],number[3],number[3]);
calculation(number[1],number[3],number[0],number[3]);
calculation(number[1],number[3],number[3],number[0]);
calculation(number[3],number[3],number[0],number[1]);
calculation(number[3],number[3],number[1],number[0]);
calculation(number[3],number[1],number[3],number[0]);
calculation(number[3],number[0],number[3],number[1]);
calculation(number[3],number[0],number[1],number[3]);
calculation(number[3],number[1],number[0],number[3]);
}
else if(map.size() == 4){
//4個數都不同的情況
calculation(number[0],number[1],number[2],number[3]);
calculation(number[0],number[1],number[3],number[2]);
calculation(number[0],number[2],number[1],number[3]);
calculation(number[0],number[2],number[3],number[1]);
calculation(number[0],number[3],number[1],number[2]);
calculation(number[0],number[3],number[2],number[1]);
calculation(number[1],number[0],number[2],number[3]);
calculation(number[1],number[0],number[3],number[2]);
calculation(number[1],number[2],number[3],number[0]);
calculation(number[1],number[2],number[0],number[3]);
calculation(number[1],number[3],number[0],number[2]);
calculation(number[1],number[3],number[2],number[0]);
calculation(number[2],number[0],number[1],number[3]);
calculation(number[2],number[0],number[3],number[1]);
calculation(number[2],number[1],number[0],number[3]);
calculation(number[2],number[1],number[3],number[0]);
calculation(number[2],number[3],number[0],number[1]);
calculation(number[2],number[3],number[1],number[0]);
calculation(number[3],number[0],number[1],number[2]);
calculation(number[3],number[0],number[2],number[1]);
calculation(number[3],number[1],number[0],number[2]);
calculation(number[3],number[1],number[2],number[0]);
calculation(number[3],number[2],number[0],number[1]);
calculation(number[3],number[2],number[1],number[0]);
}
if(flag==false)
System.out.println("這四張牌面數字無法經過運算得到24！");
}
public static void calculation(int num1, int num2, int num3, int num4){
for (int i = 0; i < 4; i++){
//第1次計算，先從四個數中任意選擇兩個進行計算
char operator1 = operator[i];
int firstResult = calcute(num1, num2, operator1);//先選第一，和第二個數進行計算
int midResult = calcute(num2, num3, operator1);//先選第二和第三兩個數進行計算
int tailResult = calcute(num3,num4, operator1);//先選第三和第四倆個數進行計算
for (int j = 0; j < 4; j++){
//第2次計算，從上次計算的結果繼續執行，這次從三個數中選擇兩個進行計算
char operator2 = operator[j];
int firstMidResult = calcute(firstResult, num3, operator2);
int firstTailResult = calcute(num3,num4,operator2);
int midFirstResult = calcute(num1, midResult, operator2);
int midTailResult= calcute(midResult,num4,operator2);
int tailMidResult = calcute(num2, tailResult, operator2);
for (int k = 0; k < 4; k++){
//第3次計算，也是最後1次計算，計算兩個數的結果，如果是24則輸出表達式
char operator3 = operator[k];
//在以上的計算中num1，num2,num3,num4都是整型數值，但若要輸出為帶有A，J,Q,K的表達式，則要將這四個數都變為String類型，下同
if(calcute(firstMidResult, num4, operator3) == 24){
m[0]=num1;
m[1]=num2;
m[2]=num3;
m[3]=num4;
for(int p=0;p<4;p++){
if(m[p]==1){
n[p]="A";}
if(m[p]==2){
n[p]="2";}
if(m[p]==3){
n[p]="3";}
if(m[p]==4){
n[p]="4";}
if(m[p]==5){
n[p]="5";}
if(m[p]==6){
n[p]="6";}
if(m[p]==7){
n[p]="7";}
if(m[p]==8){
n[p]="8";}
if(m[p]==9){
n[p]="9";}
if(m[p]==10){
n[p]="10";}
if(m[p]==11){
n[p]="J";}
if(m[p]==12){
n[p]="Q";}
if(m[p]==13){
n[p]="k";}
}
System.out.println("((" + n[0] + operator1 + n[1] + ")" + operator2 + n[2] + ")" + operator3 + n[3]);
flag = true;//若有表達式輸出，則將說明有解，下同
}
if(calcute(firstResult, firstTailResult, operator3) == 24){
System.out.println("(" + n[0] + operator1 + n[1] + ")" + operator3 + "(" + n[2] + operator2 + n[3] + ")");
flag = true;
}
if(calcute(midFirstResult, num4, operator3) == 24){
m[0]=num1;
m[1]=num2;
m[2]=num3;
m[3]=num4;
for(int p=0;p<4;p++){
if(m[p]==1){
n[p]="A";}
if(m[p]==2){
n[p]="2";}
if(m[p]==3){
n[p]="3";}
if(m[p]==4){
n[p]="4";}
if(m[p]==5){
n[p]="5";}
if(m[p]==6){
n[p]="6";}
if(m[p]==7){
n[p]="7";}
if(m[p]==8){
n[p]="8";}
if(m[p]==9){
n[p]="9";}
if(m[p]==10){
n[p]="10";}
if(m[p]==11){
n[p]="J";}
if(m[p]==12){
n[p]="Q";}
if(m[p]==13){
n[p]="k";}
}
System.out.println("(" + n[0] + operator2 + "(" + n[1] + operator1 + n[2] + "))" + operator3 + n[3]);
flag = true;
}
if(calcute(num1,midTailResult, operator3) == 24){
m[0]=num1;
m[1]=num2;
m[2]=num3;
m[3]=num4;
for(int p=0;p<4;p++){
if(m[p]==1){
n[p]="A";}
if(m[p]==2){
n[p]="2";}
if(m[p]==3){
n[p]="3";}
if(m[p]==4){
n[p]="4";}
if(m[p]==5){
n[p]="5";}
if(m[p]==6){
n[p]="6";}
if(m[p]==7){
n[p]="7";}
if(m[p]==8){
n[p]="8";}
if(m[p]==9){
n[p]="9";}
if(m[p]==10){
n[p]="10";}
if(m[p]==11){
n[p]="J";}
if(m[p]==12){
n[p]="Q";}
if(m[p]==13){
n[p]="k";}
}
System.out.println(" " + n[0] + operator3 + "((" + n[1] + operator1 + n[2] + ")" + operator2 + n[3] + ")");
flag = true;
}
if(calcute(num1,tailMidResult,operator3) == 24){
m[0]=num1;
m[1]=num2;
m[2]=num3;
m[3]=num4;
for(int p=0;p<4;p++){
if(m[p]==1){
n[p]="A";}
if(m[p]==2){
n[p]="2";}
if(m[p]==3){
n[p]="3";}
if(m[p]==4){
n[p]="4";}
if(m[p]==5){
n[p]="5";}
if(m[p]==6){
n[p]="6";}
if(m[p]==7){
n[p]="7";}
if(m[p]==8){
n[p]="8";}
if(m[p]==9){
n[p]="9";}
if(m[p]==10){
n[p]="10";}
if(m[p]==11){
n[p]="J";}
if(m[p]==12){
n[p]="Q";}
if(m[p]==13){
n[p]="k";}
}
System.out.println(" " + n[0] + operator3 + "(" + n[1] + operator2 + "(" + n[2] + operator1 + n[3] + "))");
flag = true;
}
}
}
}
}
}
五、測試
測試用例：2 8 10 4
測試結果：
可以看到，程序成功的生成瞭對應測試用例的結果，結果是正確的。
測試無法組成24點的數據：7 13 1 6
經過多次運行， 7，13，1，6這四個數據，無法組成24點，程序輸出No answer運行正確。
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