Essentially Different - 416 Gangster Group Occupancy

Advanced methods and approaches for solving Sudoku puzzles

Essentially Different - 416 Gangster Group Occupancy

Postby RichardGoodrich » Thu Jul 03, 2025 2:03 pm

Continuing this as a Living Post - last update July 16, 2025

Below are two lists of 416-group ED band occupancy I got from the 1to9only github. The first list is a compact list in five columns. I edited that list to a single column list which I may edit
in comparison to older lists I have seen: particularly one by gsf (Glenn S. Fowler). Just for clarification / amplification these 416 gangster groups are for the first horizontal band (rows 1,2,3) of the 5,472,730,538 essentially different grids in minlex order. The quantities in this list should add to: 5,472,730,538. This is JUST the start so that I can talk about them either in this post or others posts that may reference it. Please comment if you find my understanding to be incorrect!.

Referencing the Wikipedia article at https://en.wikipedia.org/wiki/Mathematics_of_Sudoku The ED exists to map the number: 6,670,903,752,021,072,936,960 of possible filled grids to a set of equivalence classes which is 5,472,730,538 long and on this forum is called the ED. The list is usually shown in a minlex order (think dictionary order). Further, we speak of chutes composed of three horizontal bands and three vertical towers in reference to the 9x9 Sudoku grid. So the band referenced is the first band consisting or rows 1,2,3. So the ED can be further divided into these 416 groups. It seems there are multiple ways of generating those groups (and the ED itself). As far as I can tell the preferred one is what I will call the row minlex order. (In fact on this forum Gordon F. Royle said that an equivalence class may be represented by any item in that class. But for consistency a rule is most often used. Ordering by maxlex, blocks, or even a graph renumbering order using a nauty library could be done as well as any other consistent method)

At the very bottom of this post is Prof Gordon F. Royle's post (slightly edited by me) from much earlier on this forum of a general defintion for a Sudoku canon. He is a graph theory scientist and mathematician from Australia. His post is VERY edifying as a general response to what has become the canon on this forum. Jokingly the term canonize (even with it's Vatican overtones!) has been applied to this process. And others talked about any other rule being a normalization.

This forum has always been difficult for me to navigate. However, here are three key links to some of the development of the idea of a canon for Sudoku and the ED minlex
ordering. I will edit this as I go....

  1. http://forum.enjoysudoku.com/canonical-puzzle-form-t3054.html
  2. http://forum.enjoysudoku.com/canonical-form-t5215.html
  3. http://forum.enjoysudoku.com/high-density-files-for-solution-grids-and-18-clues-puzzles-t42669.html#p345076

I find this link on the numerology of Sudoku very useful https://sudopedia.sudocue.net/index.php/Mathematics_of_Sudoku

Look at the following for a bit on how symmetry gives us that ED#
Hidden Text: Show
Code: Select all
3,359,232
3,359,232 is the number geometric permutations excluding relabeling. It is a rather odd number at first glance.

2 x 6^8 = 3,359,232

but it isn't so formidable to calculate. Let's consider towers. There are three towers which have six possible arrangements:

123   132   213   231   312   321
So if we summarize over all the allow swapping we have:

6 = ways three towers can be arranged.
6 = ways that three floors can be arranged
6 = ways that three rows in floor 1 can be arranged
6 = ways that three rows in floor 2 can be arranged
6 = ways that three rows in floor 3 can be arranged
6 = ways that three columns in tower 1 can be arranged
6 = ways that three columns in tower 2 can be arranged
6 = ways that three columns in tower 3 can be arranged

So this gives us the 6^8 part of the magic number. The 2 reflects the fact that if you take a mirror image along the diagonal, then permutations of floors, towers, rows or columns can't create the corresponding permutation.

362,880
Let's consider a "random" grid for which the first line is

+-----------------------+
| 6 3 4 | 8 1 9 | 2 5 7 |
Let's renumber the grid with the following scheme:

6 = 1
3 = 2
4 = 3
8 = 4
1 = 5
9 = 6
2 = 7
5 = 8
7 = 9
to get:

+-----------------------+
| 1 2 3 | 4 5 6 | 7 8 9 |
Obviously by a simple renumbering the first row of any grid can be made to correspond with the first row shown above. Thus there are 9! arrangements for the first row which can be renumbered to the target row 123456789.

9! = 362,880 = number of ways to renumber a grid

729
9^3

Also it is possible to think of all of the possible Sudoku grids as being on the surface of a 729 dimensional space. This higher-dimensional analogue of 2-D polygons and 3-D polyhedra is called a polytope. The polytope is a nice model since it allows movement from one solution grid to the next.




by 1to9only in Five Columns
Hidden Text: Show
Code: Select all
001   1007170   101  13768854   201   3165254   301    119226   401         1
002  25502082   102  26929453   202   3064062   302     20203   402         0
003  16538087   103  26382806   203   2966309   303     62246   403         0
004   8417906   104   4359314   204   2932890   304     63613   404         0
005  48737791   105  25997296   205   2841380   305     69669   405         4
006  96229042   106  25467197   206   2701985   306     58811   406         0
007  15765443   107  24888528   207   2628788   307     21225   407        19
008   5306280   108  24423300   208   2532198   308     56942   408         0
009   8136013   109  23988326   209   2443960   309     55120   409         0
010  47174193   110  23541927   210   1243959   310     49427   410         0
011  46788396   111  23070530   211   2317171   311     91869   411         3
012  46177270   112  22609142   212   2357854   312     89983   412         0
013  15340394   113  22100458   213   1137589   313     80765   413         0
014  45397270   114  10879514   214   1083228   314     43270   414         0
015  45600758   115  21378062   215   2183311   315     74594   415         0
016   1631576   116  20985174   216   2244753   316     69012   416         1
017  15093541   117  20674972   217   2143677   317     73627
018  45101600   118  20107116   218   2100798   318     62449
019  44832423   119  19854606   219   1007465   319     59123
020  88782526   120   9732970   220   1970315   320     57580
021  44036568   121  19084488   221   1841722   321     47910
022  85627559   122   9491325   222   1873099   322     44876
023  42711122   123  18532281   223   1772301   323     46852
024  85102373   124   9142485   224    347777   324     46002
025  41847039   125  18075269   225   1968442   325     40108
026  41335391   126  17675306   226   1677704   326     37300
027   4455504   127  17545752   227   1521001   327     36969
028  41102914   128  16990098   228   1498734   328     31504
029   4591391   129   8369473   229   1515366   329     28919
030   4664261   130  16406705   230   1457098   330     27982
031  13606209   131  16189996   231   1331185   331     29202
032  40697707   132  15791769   232   1279569   332     25098
033  80468663   133   2613345   233   1262013   333     20652
034  79175610   134  15362664   234   1218744   334     10105
035  77979783   135  15272476   235    386642   335     19471
036  38536298   136  14918036   236   1182963   336     18996
037  76146967   137   7254450   237    570172   337     17212
038  74505665   138  14383075   238   1111083   338     14780
039  74154564   139   7011714   239   1076551   339     13660
040  72171447   140  13738161   240    167032   340     12324
041  36053455   141  13445152   241    533940   341     10597
042  70552290   142   6593805   242   1048083   342      9562
043  69437575   143  12918117   243    974591   343      9012
044  67978951   144   6403269   244    967788   344      8215
045  33904021   145  12568136   245    455310   345      7261
046  66337407   146  12354720   246    915249   346      3569
047  65880161   147  12036469   247    500537   347      7136
048  64996381   148   5931073   248    783336   348       455
049  63898062   149   5949060   249    822496   349      2935
050  62192220   150  11577852   250    377256   350      2990
051  61691475   151  11435633   251    408556   351      4836
052  60192385   152  11155974   252    437792   352      2156
053  29966384   153  10671486   253    387029   353      2141
054  29734495   154  10525735   254    140436   354      1959
055  58731513   155  10188634   255    361962   355      4171
056  57263818   156  10059617   256    354702   356      3376
057  57033275   157   9805813   257    675674   357      3171
058  55394556   158   9629320   258    661737   358      3150
059  55022930   159   9490222   259    313209   359       647
060  54018514   160   9280124   260    623191   360      1528
061  52964870   161   8844112   261    546083   361      2484
062  52242492   162   8628099   262    524804   362      2233
063  51245000   163   8429593   263    534167   363      1930
064  50540742   164   8227144   264    503384   364      1353
065  49644127   165   7998287   265    464985   365      1368
066  49190978   166   7813413   266    461786   366      1232
067  24077300   167   3839149   267    441645   367      1667
068  47978806   168   7548052   268    418773   368       925
069  47059527   169   7349287   269    424148   369       872
070  46231581   170   7146807   270    378441   370       928
071  22715795   171   6993422   271    361885   371       808
072  44778204   172   6828801   272    360821   372       560
073  44053469   173   6674911   273    176161   373       757
074  43401907   174   6476248   274    172023   374       451
075  21398806   175   3166465   275    165927   375       245
076  42061440   176   6205963   276    154694   376       333
077  41316125   177   6040631   277    150664   377       156
078  40571245   178   5882934   278    309399   378       193
079  40282447   179   5812748   279    144927   379       161
080  39233218   180   5615082   280    141820   380        23
081  38522319   181   5461387   281    137601   381       163
082  37881913   182   5367414   282    287667   382       154
083  37460193   183   5222068   283    246093   383       111
084  18460204   184   5072949   284    123480   384       124
085  36127803   185   4918277   285    124070   385        87
086  35584769   186   4778878   286    116970   386        49
087  34821531   187   4641003   287    117351   387        66
088  34334716   188   4539624   288    110418   388       125
089  33769162   189   4407284   289     37988   389        27
090  33174401   190   2186822   290    109351   390        59
091  32520037   191   4220821   291    211267   391        19
092  31945541   192   4158097   292    209636   392        41
093  31221072   193   4070158   293    189161   393         2
094  30579410   194   3857103   294    188766   394        16
095  29977732   195   3785628   295    171584   395         0
096  29390061   196   3693474   296    152633   396        11
097  14518368   197   3555681   297    147806   397         0
098  14372444   198   3453089   298     70955   398         0
099  28268021   199   3345667   299    133302   399        10
100  27849953   200   3252227   300    139754   400         0


by 1to9only in One Column
Hidden Text: Show
Code: Select all
001   1007170
002  25502082
003  16538087
004   8417906
005  48737791
006  96229042
007  15765443
008   5306280
009   8136013
010  47174193
011  46788396
012  46177270
013  15340394
014  45397270
015  45600758
016   1631576
017  15093541
018  45101600
019  44832423
020  88782526
021  44036568
022  85627559
023  42711122
024  85102373
025  41847039
026  41335391
027   4455504
028  41102914
029   4591391
030   4664261
031  13606209
032  40697707
033  80468663
034  79175610
035  77979783
036  38536298
037  76146967
038  74505665
039  74154564
040  72171447
041  36053455
042  70552290
043  69437575
044  67978951
045  33904021
046  66337407
047  65880161
048  64996381
049  63898062
050  62192220
051  61691475
052  60192385
053  29966384
054  29734495
055  58731513
056  57263818
057  57033275
058  55394556
059  55022930
060  54018514
061  52964870
062  52242492
063  51245000
064  50540742
065  49644127
066  49190978
067  24077300
068  47978806
069  47059527
070  46231581
071  22715795
072  44778204
073  44053469
074  43401907
075  21398806
076  42061440
077  41316125
078  40571245
079  40282447
080  39233218
081  38522319
082  37881913
083  37460193
084  18460204
085  36127803
086  35584769
087  34821531
088  34334716
089  33769162
090  33174401
091  32520037
092  31945541
093  31221072
094  30579410
095  29977732
096  29390061
097  14518368
098  14372444
099  28268021
100  27849953
101  13768854
102  26929453
103  26382806
104   4359314
105  25997296
106  25467197
107  24888528
108  24423300
109  23988326
110  23541927
111  23070530
112  22609142
113  22100458
114  10879514
115  21378062
116  20985174
117  20674972
118  20107116
119  19854606
120   9732970
121  19084488
122   9491325
123  18532281
124   9142485
125  18075269
126  17675306
127  17545752
128  16990098
129   8369473
130  16406705
131  16189996
132  15791769
133   2613345
134  15362664
135  15272476
136  14918036
137   7254450
138  14383075
139   7011714
140  13738161
141  13445152
142   6593805
143  12918117
144   6403269
145  12568136
146  12354720
147  12036469
148   5931073
149   5949060
150  11577852
151  11435633
152  11155974
153  10671486
154  10525735
155  10188634
156  10059617
157   9805813
158   9629320
159   9490222
160   9280124
161   8844112
162   8628099
163   8429593
164   8227144
165   7998287
166   7813413
167   3839149
168   7548052
169   7349287
170   7146807
171   6993422
172   6828801
173   6674911
174   6476248
175   3166465
176   6205963
177   6040631
178   5882934
179   5812748
180   5615082
181   5461387
182   5367414
183   5222068
184   5072949
185   4918277
186   4778878
187   4641003
188   4539624
189   4407284
190   2186822
191   4220821
192   4158097
193   4070158
194   3857103
195   3785628
196   3693474
197   3555681
198   3453089
199   3345667
200   3252227
201   3165254
202   3064062
203   2966309
204   2932890
205   2841380
206   2701985
207   2628788
208   2532198
209   2443960
210   1243959
211   2317171
212   2357854
213   1137589
214   1083228
215   2183311
216   2244753
217   2143677
218   2100798
219   1007465
220   1970315
221   1841722
222   1873099
223   1772301
224    347777
225   1968442
226   1677704
227   1521001
228   1498734
229   1515366
230   1457098
231   1331185
232   1279569
233   1262013
234   1218744
235    386642
236   1182963
237    570172
238   1111083
239   1076551
240    167032
241    533940
242   1048083
243    974591
244    967788
245    455310
246    915249
247    500537
248    783336
249    822496
250    377256
251    408556
252    437792
253    387029
254    140436
255    361962
256    354702
257    675674
258    661737
259    313209
260    623191
261    546083
262    524804
263    534167
264    503384
265    464985
266    461786
267    441645
268    418773
269    424148
270    378441
271    361885
272    360821
273    176161
274    172023
275    165927
276    154694
277    150664
278    309399
279    144927
280    141820
281    137601
282    287667
283    246093
284    123480
285    124070
286    116970
287    117351
288    110418
289     37988
290    109351
291    211267
292    209636
293    189161
294    188766
295    171584
296    152633
297    147806
298     70955
299    133302
300    139754
301    119226
302     20203
303     62246
304     63613
305     69669
306     58811
307     21225
308     56942
309     55120
310     49427
311     91869
312     89983
313     80765
314     43270
315     74594
316     69012
317     73627
318     62449
319     59123
320     57580
321     47910
322     44876
323     46852
324     46002
325     40108
326     37300
327     36969
328     31504
329     28919
330     27982
331     29202
332     25098
333     20652
334     10105
335     19471
336     18996
337     17212
338     14780
339     13660
340     12324
341     10597
342      9562
343      9012
344      8215
345      7261
346      3569
347      7136
348       455
349      2935
350      2990
351      4836
352      2156
353      2141
354      1959
355      4171
356      3376
357      3171
358      3150
359       647
360      1528
361      2484
362      2233
363      1930
364      1353
365      1368
366      1232
367      1667
368       925
369       872
370       928
371       808
372       560
373       757
374       451
375       245
376       333
377       156
378       193
379       161
380        23
381       163
382       154
383       111
384       124
385        87
386        49
387        66
388       125
389        27
390        59
391        19
392        41
393         2
394        16
395         0
396        11
397         0
398         0
399        10
400         0
401         1
402         0
403         0
404         0
405         4
406         0
407        19
408         0
409         0
410         0
411         3
412         0
413         0
414         0
415         0
416         1


Gordon R. Royle on "Canonical Form:
Hidden Text: Show
Gordon F. Royle wrote:The basic idea is that there are a number of operations that turn a grid (partially filled or complete, valid puzzle or pseudo-puzzle) into one that is entirely equivalent. This means that each grid comes with a large collection of equivalent grids, called the "equivalence class" of that grid. In general, each of these sets of equivalent grids will contain 9! x 6^8 x 2 grids, but sometimes fewer.

For searching, counting and a variety of other mathematical purposes, we usually want to treat an entire equivalence class of grids as a single object, because every grid in that class is "essentially the same". But for programming, solving and so on, we need to actually use a specific individual grid to represent the entire equivalence class. So the concept of a CANONICAL grid is to choose SOME RULE hat picks out ONE individual grid from the entire equivalence class and DEFINE that grid to be the "canonical" one.

Wolfgang gave one example of such a rule: pick the grid from the class whose completion is the lowest 81-digit number. But there are plenty of other possible rules and they don't need to involve finding the grid's completion, and so they don't need to be restricted to valid puzzles. Here are some choices..

(a) Write each grid as a number in decimal with "0" for the empty spaces and from all of these choose the one that gives the SMALLEST number as the canonical one
[ this will agree with Wolfgang's order for complete grids ]

(b) .. as before .. but choose the LARGEST number as the canonical one [so complete canonical grids will start with 987654321

(c) Write each grid as a number, but block-by-block, rather than row-by-row... then choose the smallest, or largest or whatever.

One that I use is:

(d) Convert grid to a graph, use the graph-labelling program nauty, and then convert graph back to a grid.

The ONLY advantage of the last one is that it is very fast for puzzles with few clues. For 17 clue puzzles I can find the canonical grids at the rate of about 4000 per second (on a standardish 2.4G PIV). Given that I am processing millions of 17/18-clue puzzles, I need to work quickly with the canonical version to avoid repetitions. Its disadvantage is that the canonical version of a puzzle has no human interpretation - it just seems like an arbitrarily chosen grid.
Big1952
RichardGoodrich
 
Posts: 137
Joined: 12 December 2012
Location: Josephine, TX (north of Dallas, TX)

Return to Advanced solving techniques