Фьюзинг Фейерверк

обзор

Учитывая список фейерверков a-zи времени 3-78, расставьте их с предохранителями, чтобы они загорелись в нужное время.

Строка ввода дается в виде разделенных пробелами букв и цифр:

a 3 b 6 c 6 d 8 e 9 f 9

Этот пример показывает, что фейерверк aнужно зажигать вовремя 3, bи cодновременно, в 6, dв 8, eи fоба в 9. Каждая строка соответствует одной карте.

Выходные данные представляют собой карту плавких предохранителей / фейерверков для каждой строки с использованием символов |-для обозначения плавких предохранителей и букв для обозначения фейерверков.

А -предохранитель подключается к предохранителей и фейерверк , непосредственно слева / справа от нее, тогда как |предохранитель соединяется с теми выше / ниже. Например, предохранители ||которые не подключены, и -| являются .

Например, два возможных ответа на вышесказанное:

---a        ---------f
  |         |||   ||
  |-c       |||   de
--|--d      a||
| b |        |c
f   e        b

Все карты предохранителей должны начинаться с одного -в верхнем левом углу. Это та точка, где вы зажигаете предохранитель. Каждый символ взрывателя занимает одну секунду, чтобы сжечь. Как видите, на aобеих диаграммах это достигается за три секунды, bза шесть и т. Д.

Теперь обе приведенные выше карты действительны для данного ввода, но одна из них явно более эффективна. Левый использует только 13 единиц предохранителя, а правый - 20.

Предохранители не перегорают через фейерверк! Таким образом, для ввода a 3 b 5, это недействительно:

---a--b

Вызов

Ваша цель - минимизировать количество предохранителей, используемых во всех тестовых случаях. Подсчет очков очень прост, общее количество используемых предохранителей.

Если вы не можете создать карту для тестового случая, независимо от того, является ли это невозможным или нет, оценка для этого случая является суммой всех времен (41 для примера выше).

В случае ничьей оценка изменяется, так что выигрывают самые компактные карты. Оценка тай-брейка - это площадь ограничительной рамки каждой карты. То есть длина самой длинной строки умножается на количество строк. Для «невозможных» карт это квадрат наибольшего числа (81 для примера выше).

В случае, когда представления связывают оба этих метода оценки, связывание переходит к более ранней записи / редактированию.

Ваша программа должна быть детерминированной, для целей проверки.

Тестовые случаи

Есть 250 случаев испытаний, расположенных здесь . Каждый имеет от 4 до 26 фейерверков. Минимальное время предохранителя для фейерверка - 3. Фейерверк в каждом случае «отсортирован» по времени и букве, что означает, bчто никогда не загорается раньше a .

При публикации, пожалуйста, включите вашу полную программу, ваш общий балл и итоговую карту для (как минимум) первого контрольного примера, указанного в файле:

a 6 b 8 c 11 d 11 e 11 f 11 g 12 h 15 i 18 j 18 k 21 l 23 m 26 n 28 o 28 p 30 q 32 r 33 s 33 t 34 

C ++

Общая длина: 9059, Общая площадь: 27469, Сбои: 13.

Примечание. Оценка включает штрафы за ошибки.

Пример вывода:

a 6 b 8 c 11 d 11 e 11 f 11 g 12 h 15 i 18 j 18 k 21 l 23 m 26 n 28 o 28 p 30 q 32 r 33 s 33 t 34 
------ae  
     | |  
     |---c
     b||-g
      |d| 
      f | 
    i---| 
  k---| h 
   |  j   
   |---m  
   l  | t 
     o-n| 
      |s-r
      |-| 
      p q 
Length: 39, Area: 150.

a 6 b 6 c 6 d 6 e 6 f 6 g 6 h 8 i 9 j 9 k 9 l 12 m 12 n 13 o 14 p 15 q 15 r 15 s 17 t 17 u 17 v 17 w 17 x 20 y 23 z 26 
------a  n|--w 
|d-||---k|-o|  
| g|b  |--m --x
|-|c    ||--r| 
||f     l|-q | 
||--j u--|--s|-
e|-i    |p|  y|
 h      v t  z-
Length: 56, Area: 120.

Полный вывод: http://pastebin.com/raw.php?i=spBUidBV

Разве вы не любите грубые решения? Это немного больше, чем простой алгоритм возврата: наш неутомимый работник перемещается по карте, по мере необходимости размещая предохранители и фейерверки, одновременно проверяя все возможные движения в любой точке. Ну, почти --- мы действительно ограничиваем набор движений и рано покидаем неоптимальные состояния, чтобы это не занимало невыносимо много времени (и, в частности, чтобы оно заканчивалось). Особое внимание уделяется тому, чтобы не создавать никаких циклов или непреднамеренных пути, а не возвращаться тем же путем, которым мы пришли, поэтому гарантируется, что мы не посетим одно и то же состояние дважды. Тем не менее, поиск оптимального решения может занять некоторое время, поэтому мы в конечном итоге отказываемся от оптимизации решения, если оно занимает слишком много времени.

Этот алгоритм все еще имеет некоторый запас. С одной стороны, лучшие решения можно найти, увеличив FRUSTRATIONпараметры. Там нет конкуренции банкоматов, но эти цифры могут быть проверены, если и когда ...

Компиляция с: g++ fireworks.cpp -ofireworks -std=c++11 -pthread -O3.

Запуск с: ./fireworks.

Считывает ввод из STDIN и записывает вывод в STDOUT (возможно, не по порядку).

/* Magic numbers */
#define THREAD_COUNT 2
/* When FRUSTRATION_MOVES moves have passed since the last solution was found,
 * the last (1-FRUSTRATION_STATES_BACKOFF)*100% of the backtracking states are
 * discarded and FRUSTRATION_MOVES is multiplied by FRUSTRATION_MOVES_BACKOFF.
 * The lower these values are, the faster the algorithm is going to give up on
 * searching for better solutions. */
#define FRUSTRATION_MOVES 1000000
#define FRUSTRATION_MOVES_BACKOFF 0.8
#define FRUSTRATION_STATES_BACKOFF 0.5

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <utility>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <string>
#include <sstream>
#include <cassert>

using namespace std;

/* A tile on the board. Either a fuse, a firework, an empty tile or an
 * out-of-boudns tile. */
struct tile {
    /* The tile's value, encoded the "obvious" way (i.e. '-', '|', 'a', etc.)
     * Empty tiles are encoded as '\0' and OOB tiles as '*'. */
    char value;
    /* For fuse tiles, the time at which the fuse is lit. */
    int time;

    operator char&() { return value; }
    operator const char&() const { return value; }

    bool is_fuse() const { return value == '-' || value == '|'; }
    /* A tile is vacant if it's empty or OOB. */
    bool is_vacant() const { return !value || value == '*'; }

    /* Prints the tile. */
    template <typename C, typename T>
    friend basic_ostream<C, T>& operator<<(basic_ostream<C, T>& os,
                                            const tile& t) {
        return os << (t.value ? t.value : ' ');
    }
};
/* Fireworks have the same encoding as tiles. */
typedef tile firework;
typedef vector<firework> fireworks;

/* The fuse map. It has physical dimensions (its bounding-box) but is
 * conceptually infinite (filled with empty tiles.) */
class board {
    /* The tiles, ordered left-to-right top-to-bottom. */
    vector<tile> p_data;
    /* The board dimensions. */
    int p_width, p_height;
    /* The total fuse length. */
    int p_length;

public:
    board(): p_width(0), p_height(0), p_length(0) {}

    /* Physical dimensions. */
    int width() const { return p_width; }
    int height() const { return p_height; }
    int area() const { return width() * height(); }
    /* Total fuse length. */
    int length() const { return p_length; }

    /* Returns the tile at (x, y). If x or y are negative, returns an OOB
     * tile. */
    tile get(int x, int y) const {
        if (x < 0 || y < 0)
            return {'*'};
        else if (x >= width() || y >= height())
            return {'\0'};
        else
            return p_data[y * width() + x];
    }
    /* Sets the tile at (x, y). x and y must be nonnegative and the tile at
     * (x, y) must be empty. */
    board& set(int x, int y, const tile& t) & {
        assert(x >= 0 && y >= 0);
        assert(!get(x, y));
        if (x >= width() || y >= height()) {
            int new_width = x >= width() ? x + 1 : width();
            int new_height = y >= height() ? y + 1 : height();
            vector<tile> temp(new_width * new_height, {'\0'});
            for (int l = 0; l < height(); ++l)
                copy(
                    p_data.begin() + l * width(),
                    p_data.begin() + (l + 1) * width(),
                    temp.begin() + l * new_width
                );
            p_data.swap(temp);
            p_width = new_width;
            p_height = new_height;
        }
        p_data[y * width() + x] = t;
        if (t.is_fuse())
            ++p_length;
        return *this;
    }
    board&& set(int x, int y, const tile& t) && { return move(set(x, y, t)); }

    /* Prints the board. */
    template <typename C, typename T>
    friend basic_ostream<C, T>& operator<<(basic_ostream<C, T>& os,
                                            const board& b) {
        for (int y = 0; y < b.height(); ++y) {
            for (int x = 0; x < b.width(); ++x)
                os << b.get(x, y);
            os << endl;
        }
        return os;
    }
};

/* A state of the tiling algorithm. */
struct state {
    /* The current board. */
    board b;
    /* The next firework to tile. */
    fireworks::const_iterator fw;
    /* The current location. */
    int x, y;
    /* The current movement direction. 'N'orth 'S'outh 'E'ast, 'W'est or
     * 'A'ny. */
    char dir;
};

/* Adds a state to the state-stack if its total fuse length and bounding-box
 * area are not worse than the current best ones. */
void add_state(vector<state>& states, int max_length, int max_area,
                state&& new_s) {
    if (new_s.b.length() < max_length ||
        (new_s.b.length() == max_length && new_s.b.area() <= max_area)
    )
        states.push_back(move(new_s));
}
/* Adds the state after moving in a given direction, if it's a valid move. */
void add_movement(vector<state>& states, int max_length, int max_area,
                    const state& s, char dir) {
    int x = s.x, y = s.y;
    char parallel_fuse;
    switch (dir) {
    case 'E': if (s.dir == 'W') return; ++x; parallel_fuse = '|'; break;
    case 'W': if (s.dir == 'E') return; --x; parallel_fuse = '|'; break;
    case 'S': if (s.dir == 'N') return; ++y; parallel_fuse = '-'; break;
    case 'N': if (s.dir == 'S') return; --y; parallel_fuse = '-'; break;
    }
    const tile t = s.b.get(s.x, s.y), nt = s.b.get(x, y);
    assert(t.is_fuse());
    if (nt.is_fuse() && !(t == parallel_fuse && nt == parallel_fuse))
        add_state(states, max_length, max_area, {s.b, s.fw, x, y, dir});
}
/* Adds the state after moving in a given direction and tiling a fuse, if it's a
 * valid move. */
void add_fuse(vector<state>& states, int max_length, int max_area,
                const state& s, char dir, char fuse) {
    int x = s.x, y = s.y;
    int sgn;
    bool horz;
    switch (dir) {
    case 'E': ++x; sgn = 1; horz = true; break;
    case 'W': --x; sgn = -1; horz = true; break;
    case 'S': ++y; sgn = 1; horz = false; break;
    case 'N': --y; sgn = -1; horz = false; break;
    }
    if (s.b.get(x, y))
        /* Tile is not empty. */
        return;
    /* Make sure we don't create cycles or reconnect a firework. */
    const tile t = s.b.get(s.x, s.y);
    assert(t.is_fuse());
    if (t == '-') {
        if (horz) {
            if (fuse == '-') {
                if (!s.b.get(x + sgn, y).is_vacant() ||
                    s.b.get(x, y - 1) == '|' ||
                    s.b.get(x, y + 1) == '|')
                    return;
            } else {
                if (s.b.get(x + sgn, y) == '-' ||
                    !s.b.get(x, y - 1).is_vacant() ||
                    !s.b.get(x, y + 1).is_vacant())
                    return;
            }
        } else {
            if (!s.b.get(x, y + sgn).is_vacant() ||
                s.b.get(x - 1, y) == '-' ||
                s.b.get(x + 1, y) == '-')
                return;
        }
    } else {
        if (!horz) {
            if (fuse == '|') {
                if (!s.b.get(x, y + sgn).is_vacant() ||
                    s.b.get(x - 1, y) == '-' ||
                    s.b.get(x + 1, y) == '-')
                    return;
            } else {
                if (s.b.get(x, y + sgn) == '|' ||
                    !s.b.get(x - 1, y).is_vacant() ||
                    !s.b.get(x + 1, y).is_vacant())
                    return;
            }
        } else {
            if (!s.b.get(x + sgn, y).is_vacant() ||
                s.b.get(x, y - 1) == '|' ||
                s.b.get(x, y + 1) == '|')
                return;
        }
    }
    /* Ok. */
    add_state(
        states,
        max_length,
        max_area,
        {board(s.b).set(x, y, {fuse, t.time + 1}), s.fw, x, y, dir}
    );
}
/* Adds the state after adding a firework at the given direction, if it's a
 * valid move. */
void add_firework(vector<state>& states, int max_length, int max_area,
                    const state& s, char dir) {
    int x = s.x, y = s.y;
    int sgn;
    bool horz;
    switch (dir) {
    case 'E': ++x; sgn = 1; horz = true; break;
    case 'W': --x; sgn = -1; horz = true; break;
    case 'S': ++y; sgn = 1; horz = false; break;
    case 'N': --y; sgn = -1; horz = false; break;
    }
    if (s.b.get(x, y))
        /* Tile is not empty. */
        return;
    /* Make sure we don't run into an undeliberate fuse. */
    if (horz) {
        if (s.b.get(x + sgn, y) == '-' || s.b.get(x, y - 1) == '|' ||
            s.b.get(x, y + 1) == '|')
            return;
    } else {
        if (s.b.get(x, y + sgn) == '|' || s.b.get(x - 1, y) == '-' ||
            s.b.get(x + 1, y) == '-')
            return;
    }
    /* Ok. */
    add_state(
        states,
        max_length,
        max_area,
        /* After adding a firework, we can move in any direction. */
        {board(s.b).set(x, y, {*s.fw}), s.fw + 1, s.x, s.y, 'A'}
    );
}
void add_possible_moves(vector<state>& states, int max_length, int max_area,
                        const state& s) {
    /* We add the new states in reverse-desirability order. The most
     * (aesthetically) desirable states are added last. */

    const tile t = s.b.get(s.x, s.y);
    assert(t.is_fuse());

    /* Move in all (possible) directions. */
    for (char dir : "WENS")
        if (dir) add_movement(states, max_length, max_area, s, dir);

    /* If the fuse is too short for the next firework, keep adding fuse. */
    if (t.time < s.fw->time) {
        if (t == '-') {
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'N', '|');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'S', '|');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'W', '|');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'W', '-');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'E', '|');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'E', '-');
        } else {
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'W', '-');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'E', '-');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'N', '-');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'N', '|');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'S', '-');
            add_fuse(states, max_length, max_area, s, 'S', '|');
        }
    } else if (t.time == s.fw->time) {
        /* If we have enough fuse for the next firework, place the firework (if
         * possible) and don't add more fuse, or else we'll never finish... */
        if (t == '-') {
            add_firework(states, max_length, max_area, s, 'W');
            add_firework(states, max_length, max_area, s, 'E');
        } else {
            add_firework(states, max_length, max_area, s, 'N');
            add_firework(states, max_length, max_area, s, 'S');
        }
    }
}

void thread_proc(mutex& lock, int& total_length, int& total_area,
                    int& failures) {
    fireworks fw;
    vector<state> states;

    while (true) {
        /* Read input. */
        string input;
        {
            lock_guard<mutex> lg(lock);

            while (!cin.eof() && input.empty())
                getline(cin, input);
            if (input.empty())
                break;
        }
        fw.clear();
        int length = 0, area;
        {
            stringstream is;
            is << input;
            while (!is.eof()) {
                char c;
                int t;
                if (is >> c >> t) {
                    /* Fireworks must be sorted by launch time. */
                    assert(fw.empty() || t >= fw.back().time);
                    fw.push_back({c, t});
                    length += t;
                }
            }
            assert(!fw.empty());
            area = fw.back().time * fw.back().time;
        }

        /* Add initial state. */
        states.push_back({board().set(0, 0, {'-', 1}), fw.begin(), 0, 0, 'A'});

        board solution;
        int moves = 0;
        int frustration_moves = FRUSTRATION_MOVES;

        while (!states.empty()) {
            /* Check for solutions (all fireworks consumed.) */
            while (!states.empty() && states.back().fw == fw.end()) {
                state& s = states.back();
                /* Did we find a better solution? */
                if (solution.area() == 0 || s.b.length() < length ||
                    (s.b.length() == length && s.b.area() < area)
                ) {
                    solution = move(s.b);
                    moves = 0;
                    length = solution.length();
                    area = solution.area();
                }
                states.pop_back();
            }

            /* Expand the top state. */
            if (!states.empty()) {
                state s = move(states.back());
                states.pop_back();
                add_possible_moves(states, length, area, s);
            }

            /* Getting frustrated? */
            ++moves;
            if (moves > frustration_moves) {
                /* Get rid of some data. */
                states.erase(
                    states.begin() + states.size() * FRUSTRATION_STATES_BACKOFF,
                    states.end()
                );
                frustration_moves *= FRUSTRATION_MOVES_BACKOFF;
                moves = 0;
            }
        }

        /* Print solution. */
        {
            lock_guard<mutex> lg(lock);

            cout << input << endl;

            if (solution.area())
                cout << solution;
            else {
                cout << "FAILED!" << endl;
                ++failures;
            }

            cout << "Length: " << length <<
                    ", Area: " << area <<
                    "." << endl << endl;
            total_length += length;
            total_area += area;
        }
    }
}

int main(int argc, const char* argv[]) {
    thread threads[THREAD_COUNT];
    mutex lock;
    int total_length = 0, total_area = 0, failures = 0;

    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
        threads[i] = thread(thread_proc, ref(lock), ref(total_length),
                            ref(total_area), ref(failures));
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
        threads[i].join();

    cout << "Total Length: " << total_length <<
            ", Total Area: " << total_area <<
            ", Failures: " << failures <<
            "." << endl;
}

питон

Общая длина: 17387, Общая площадь: 62285, Сбои: 44.

Пример вывода:

a 6 b 8 c 11 d 11 e 11 f 11 g 12 h 15 i 18 j 18 k 21 l 23 m 26 n 28 o 28 p 30 q 32 r 33 s 33 t 34
------a                
     |----f            
     |---c             
     b|||---h          
      |dg  |           
      e    |-j         
           |---k       
           i  |        
              |---m    
              l  |-o   
                 |--p  
                 n |--s
                   |-r 
                   q|  
                    t  
Length: 45, Area: 345.

Полный вывод: http://pastebin.com/raw.php?i=mgiqXCRK

Для справки, здесь гораздо более простой подход. Он пытается соединить фейерверк с одной главной линией предохранителей, создавая форму «лестницы». Если фейерверк не может подключиться к основной линии напрямую (что происходит, когда два или более фейерверка загораются одновременно), он прослеживает основную линию в поисках точки, где он может разветвляться перпендикулярно вниз или вправо (и происходит сбой, если такой точки не существует.)

Неудивительно, что он работает хуже, чем переборщик, но не с огромным отрывом. Честно говоря, я ожидал, что разница будет несколько больше.

Запуск с: python fireworks.py.

from __future__ import print_function
import sys

total_length = total_area = failures = 0

for line in sys.stdin:
    # Read input.
    line = line.strip()
    if line == "": continue
    fws = line.split(' ')
    # The fireworks are a list of pairs of the form (<letter>, <time>).
    fws = [(fws[i], int(fws[i + 1])) for i in xrange(0, len(fws), 2)]

    # The board is a dictionary of the form <coord>: <tile>.
    # The first tile marks the "starting point" and is out-of-bounds.
    board = {(-1, 0): '*'}
    # The tip of the main "staircase" fuse.
    tip_x, tip_y = -1, 0
    tip_time = 0
    # We didn't fail. Yet...
    failed = False

    for (fw, fw_time) in fws:
        dt = fw_time - tip_time
        # Can we add the firework to the main fuse line?
        if dt > 0:
            # We can. Alternate the direction to create a "staircase" pattern.
            if board[(tip_x, tip_y)] == '-':    dx, dy = 0, 1; fuse = '|'
            else:                               dx, dy = 1, 0; fuse = '-'
            x, y = tip_x, tip_y
            tip_x += dt * dx
            tip_y += dt * dy
            tip_time += dt
        else:
            # We can't. Trace the main fuse back until we find a point where we
            # can thread, or fail if we reach the starting point.
            x, y = tip_x, tip_y
            while board[(x, y)] != '*':
                horz = board[(x, y)] == '-'
                if horz:    dx, dy = 0, 1; fuse = '|'
                else:       dx, dy = 1, 0; fuse = '-'
                if dt > 0 and (x + dx, y + dy) not in board: break
                if horz:    x -= 1
                else:       y -= 1
                dt += 1
            if board[(x, y)] == '*':
                failed = True
                break
        # Add the fuse and firework.
        for i in xrange(dt):
            x += dx; y += dy
            board[(x, y)] = fuse
        board[(x + dx, y + dy)] = fw

    # Print output.
    print(line)
    if not failed:
        max_x, max_y = (max(board, key=lambda p: p[i])[i] + 1 for i in (0, 1))
        for y in xrange(max_y):
            for x in xrange(max_x):
                print(board.get((x, y), ' '), end = "")
            print()
        length = len(board) - len(fws) - 1
        area = max_x * max_y
    else:
        print("FAILED!")
        failures += 1
        length = sum(map(lambda fw: fw[1], fws))
        area = fws[-1][1] ** 2
    print("Length: %d, Area: %d.\n" % (length, area))
    total_length += length; total_area += area

print("Total Length: %d, Total Area: %d, Failures: %d." %
        (total_length, total_area, failures))