#include #include #include #include #include #include "HRD_analy.h" ifstream File_Input; ofstream File_Output; void HRD_analy::Output_Detail(string File_name) { // 输出分析结果到文件 unsigned int i, j, k; vector case_list; if (quiet == false) { cout << "Output into: " << File_name << " ..."; } File_Output.open(File_name); File_Output << "[Min_solution_step]" << endl; File_Output << min_solution_step << endl; File_Output << "[Min_solution_case]" << endl; File_Output << "num: " << min_solution_num << endl; for (i = 0; i < min_solution_case.size(); i++) { File_Output << Change_str(min_solution_case[i]) << endl; } File_Output << "[Farthest_step]" << endl; File_Output << farthest_step << endl; File_Output << "[Farthest_case]" << endl; File_Output << "num: " << farthest_num << endl; for (i = 0; i < farthest_case.size(); i++) { File_Output << Change_str(farthest_case[i]) << endl; } File_Output << "[Solution]" << endl; File_Output << "num: " << solution_num << endl; for (i = 0; i < solution_case.size(); i++) { File_Output << Change_str(solution_case[i]) << "(" << solution_step[i] << ")" << endl; } File_Output << "[Layer_Size]" << endl; for (i = 0; i < Layer.size(); i++) { File_Output << i << " -> " << Layer[i].size() << endl; } File_Output << "[Layer]" << endl; for (i = 0; i < Layer.size(); i++) { for (j = 0; j < Layer[i].size(); j++) { File_Output << "(" << i << "," << j << ") -> "; File_Output << Change_str((*Layer[i][j]).code) << endl; } } File_Output << "[Next]" << endl; for (i = 0; i < Layer.size(); i++) { for (j = 0; j < Layer[i].size(); j++) { case_list = (*(*Layer[i][j]).adjacent).next_case; File_Output << "(" << i << "," << j << ") ->"; for (k = 0; k < case_list.size(); k++) { File_Output << " (" << (*case_list[k]).layer_num; File_Output << "," << (*case_list[k]).layer_index << ")"; } File_Output << endl; } } File_Output << "[Source]" << endl; for (i = 0; i < Layer.size(); i++) { for (j = 0; j < Layer[i].size(); j++) { case_list = (*(*Layer[i][j]).adjacent).source_case; File_Output << "(" << i << "," << j << ") <-"; for (k = 0; k < case_list.size(); k++) { File_Output << " (" << (*case_list[k]).layer_num; File_Output << "," << (*case_list[k]).layer_index << ")"; } File_Output << endl; } } File_Output.close(); if (quiet == false) { cout << "done" << endl; } } void HRD_analy::Analyse_Case(unsigned long long code) { // 分析输入编码的各种参数 (输入编码必须无误) vector < vector > solution_flag; vector temp; unsigned int i, j, k; farthest_step = -1; // 初始化farthest farthest_num = 0; farthest_case.clear(); min_solution_step = -1; // 初始化min_solution min_solution_num = 0; min_solution_case.clear(); solution_num = 0; // 初始化solution solution_case.clear(); solution_step.clear(); Calculate(code); // 计算分层数据 solution_flag.resize(Layer.size()); // 同步Layer的结构 for (i = 0; i < solution_flag.size(); i++) { solution_flag[i].resize(Layer[i].size()); } // 获取最远端情况 farthest_step = Layer.size() - 1; // 计算最远布局的步数 for (i = 0; i < Layer[farthest_step].size(); i++) { // 找到所有最远的布局 farthest_case.push_back((*Layer[farthest_step][i]).code); } farthest_num = farthest_case.size(); sort(farthest_case.begin(), farthest_case.end()); //得到的结果进行排序 // 获取最少步解 for (i = 0; i < Layer.size(); i++) { for (j = 0; j < Layer[i].size(); j++) { if (((*Layer[i][j]).code >> 32) == 0xD) { // 2 * 2块在出口位置 min_solution_step = i; // 找到最少步数 j = Layer[i].size(); // 跳出两层循环 i = Layer.size(); } } } if (min_solution_step == -1) {return;} // 无解则退出 for (i = 0; i < Layer[min_solution_step].size(); i++) { // 遍历最少步所在层 if (((*Layer[min_solution_step][i]).code >> 32) == 0xD) { // 判断是否为解 min_solution_case.push_back((*Layer[min_solution_step][i]).code); // 加入最少步解序列中 solution_flag[min_solution_step][i] = true; // 标识 } } min_solution_num = min_solution_case.size(); sort(min_solution_case.begin(), min_solution_case.end()); // 得到的结果进行排序 // 获取全部解 vector case_list; solution_case = min_solution_case; // 同步最少步解到所有解序列中 for (i = 0; i < solution_case.size(); i++) { // 初始化已知部分的solution_step solution_step.push_back(min_solution_step); } for (i = 0; i < Layer.size() - 1; i++) { // 遍历除最后一层外的所有层 for (j = 0; j < Layer[i].size(); j++) { // 遍历层内元素 if (solution_flag[i][j] == true) { // 若该元素被标识 case_list = (*(*Layer[i][j]).adjacent).next_case; for (k = 0; k < case_list.size(); k++) { // 遍历其下一步 //solution_flag[i + 1][Layer_Next[i][j][k]] = true; solution_flag[i + 1][(*case_list[k]).layer_index] = true; // 标识 } } } temp.clear(); for (j = 0; j < Layer[i + 1].size(); j++) { // 遍历下一层内元素 if (solution_flag[i + 1][j] == false) { // 得到未被标识的元素 if (((*Layer[i + 1][j]).code >> 32) == 0xD) { // 若为解的布局 temp.push_back((*Layer[i + 1][j]).code); // 先加入到temp中方便排序 solution_step.push_back(i + 1); solution_flag[i + 1][j] = true; // 标识 } } } sort(temp.begin(), temp.end()); // 将得到的结果进行排序 for (k = 0; k < temp.size(); k++) { // 将temp内容加入solution_case中 solution_case.push_back(temp[k]); } } solution_num = solution_case.size(); if (quiet == true) {return;} // 若quiet为true则不输出 cout << "---------------------------" << endl; cout << "farthest_step = " << farthest_step << endl; cout << "farthest_num = " << farthest_num << endl; cout << "farthest_case -> " << endl; for (i = 0; i < farthest_case.size(); i++) { cout << " " << Change_str(farthest_case[i]) << endl; } cout << "---------------------------" << endl; cout << "min_solution_step = " << min_solution_step << endl; cout << "min_solution_num = " << min_solution_num << endl; cout << "min_solution_case -> " << endl; for (i = 0; i < min_solution_case.size(); i++) { cout << " " << Change_str(min_solution_case[i]) << endl; } cout << "---------------------------" << endl; cout << "solution_num = " << solution_num << endl; cout << "solution_case(solution_step) -> " << endl; for (i = 0; i < solution_case.size(); i++) { cout << " " << Change_str(solution_case[i]) << "(" << solution_step[i] << ")" << endl; } cout << "---------------------------" << endl; } void HRD_analy::Free_Data() { // 释放上一次的计算结果 unsigned int i, j; for (i = 0; i < Layer.size(); i++) { // 释放Layer中指向的全部节点 for (j = 0; j < Layer[i].size(); j++) { delete (*Layer[i][j]).adjacent; delete Layer[i][j]; } } Layer.clear(); // 清空层数据 for (i = 0; i < 0x10000; i++) { // 清空哈希表 Layer_hash[i].clear(); } } void HRD_analy::Calculate(unsigned long long code) { Free_Data(); // 初始化数据结构 Case_cal *start = new Case_cal; (*start).adjacent = new Case_near; Parse_Code(*start, code); // 解译输入编码 Layer.resize(1); // 创建第0层 Layer[0].push_back(start); // 加入根节点 (*start).layer_num = (*start).layer_index = 0; // 初始化根节点编号 Layer_hash[0xffff & ((*start).code >> 16)].push_back(start); // 根节点加入哈希表 now_move_num = now_move_index = 0; // 从根节点开始运算 while (1 == 1) { // 创建死循环 if (now_move_index == 0) { // 若在计算层的第一个元素 Layer.resize(Layer.size() + 1); // 则新增一层 } now_move_case = Layer[now_move_num][now_move_index]; // 记录当前正在查找的节点 Find_Next_Case(*now_move_case); // 寻找节点的子布局 if (now_move_index == Layer[now_move_num].size() - 1) { // 若在层的最后一个元素 if (Layer[now_move_num + 1].size() == 0) { // 若下一层是空的 break; // 已全部搜索完毕 退出搜索循环 } now_move_num++; // 计算目标移到下一层第一个元素 now_move_index = 0; if (quiet == false) { cout << now_move_num << " -> " << Layer[now_move_num].size() << endl; } } else { // 不是最后一个元素 now_move_index++; // 计算目标移到下一元素 } } Layer.pop_back(); // 移除最后的空层 } void HRD_analy::Add_Case(Case_cal *dat) { // 将计算得到的节点加入层级中 unsigned int i, x, y; Case_cal *repeat_case; int hash_index = 0xffff & ((*dat).code >> 16); // 取得哈希索引 for (i = 0; i < Layer_hash[hash_index].size(); i++) { // 遍历索引内容 repeat_case = Layer_hash[hash_index][i]; if ((*repeat_case).code == (*dat).code) { // 发现重复 if ((*repeat_case).layer_num == now_move_num + 1) { // 若发现的目标比现在多一层 (*(*repeat_case).adjacent).source_case.push_back(now_move_case); // 记录父节点信息 (*(*now_move_case).adjacent).next_case.push_back(repeat_case); // 记录子节点信息 for (x = 0; x < 4; x++) { // 遍历freeze表 for (y = 0; y < 5; y++) { if ((*dat).freeze[x][y] == true) { // 将输入表合并到原先的表上 (*repeat_case).freeze[x][y] = true; } } } } delete dat; // 销毁节点 return; // 退出 } } (*dat).adjacent = new Case_near; // 初始化节点的相邻布局结构 (*(*dat).adjacent).source_case.push_back(now_move_case); // 记录父节点信息 (*(*now_move_case).adjacent).next_case.push_back(dat); // 记录子节点信息 (*dat).layer_num = now_move_num + 1; // 记录节点的层编号 (*dat).layer_index = Layer[now_move_num + 1].size(); // 记录节点在层中的编号 Layer[now_move_num + 1].push_back(dat); // 加入层级结构中 Layer_hash[hash_index].push_back(dat); // 加入哈希索引 } void HRD_analy::Find_Next_Case(Case_cal &dat_raw) { // 找到下一步移动的情况(一步可以为同一块多次移动) 结果聚集到Add_Case中 int num, x, y, i, j; bool addr[4][5]; // 在Find_Sub_Case深搜中用于剪枝 Case_cal dat = dat_raw; for (y = 0; y < 5; y++) { // 仅保留空格位置的freeze为true for (x = 0; x < 4; x++) { if (dat.status[x][y] != 0xFE && dat.freeze[x][y] == true) { // 不为空格但freeze为true dat.freeze[x][y] = false; // 重置为false } } } for (y = 0; y < 5; y++) { // 遍历整个棋盘 for (x = 0; x < 4; x++) { if (dat_raw.freeze[x][y] == true) {continue;} // 遇到freeze为true的跳过 num = dat.status[x][y]; // 统一修改(x, y)块 减少代码量 dat.status[x][y] = 0xFE; dat.freeze[x][y] = true; for (i = 0; i < 4; i++) { // 初始化 for (j = 0; j < 5; j++) { addr[i][j] = false; } } addr[x][y] = true; // 加入当前块 防止重复查询 switch (dat.type[num]) { case 0: // 2 * 2 dat_raw.freeze[x + 1][y] = dat_raw.freeze[x][y + 1] = dat_raw.freeze[x + 1][y + 1] = true; dat.status[x + 1][y] = dat.status[x][y + 1] = dat.status[x + 1][y + 1] = 0xFE; dat.freeze[x + 1][y] = dat.freeze[x][y + 1] = dat.freeze[x + 1][y + 1] = true; Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 进行子步递归搜索 dat.status[x + 1][y] = dat.status[x][y + 1] = dat.status[x + 1][y + 1] = num; dat.freeze[x + 1][y] = dat.freeze[x][y + 1] = dat.freeze[x + 1][y + 1] = false; break; case 1: // 2 * 1 dat_raw.freeze[x + 1][y] = true; dat.status[x + 1][y] = 0xFE; dat.freeze[x + 1][y] = true; Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 进行子步递归搜索 dat.status[x + 1][y] = num; dat.freeze[x + 1][y] = false; break; case 2: // 1 * 2 dat_raw.freeze[x][y + 1] = true; dat.status[x][y + 1] = 0xFE; dat.freeze[x][y + 1] = true; Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 进行子步递归搜索 dat.status[x][y + 1] = num; dat.freeze[x][y + 1] = false; break; case 3: // 1 * 1 Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 进行子步递归搜索 break; } dat.status[x][y] = num; // 复原统一修改的块 dat.freeze[x][y] = false; } } } void HRD_analy::Find_Sub_Case(Case_cal &dat, int &num, int x, int y, bool addr[4][5]) { // 找到下一个单格移动的情况 switch (dat.type[num]) { case 0: // 2 * 2 if (y != 0) { // 不在最上面 if (dat.status[x][y - 1] == 0xFE && dat.status[x + 1][y - 1] == 0xFE) { // 上面为空 Build_Case(dat, num, x, y - 1, addr); } } if (y != 3) { // 不在最下面 if (dat.status[x][y + 2] == 0xFE && dat.status[x + 1][y + 2] == 0xFE) { // 下面为空 Build_Case(dat, num, x, y + 1, addr); } } if (x != 0) { // 不在最左边 if (dat.status[x - 1][y] == 0xFE && dat.status[x - 1][y + 1] == 0xFE) { // 左边为空 Build_Case(dat, num, x - 1, y, addr); } } if (x != 2) { // 不在最右边 if (dat.status[x + 2][y] == 0xFE && dat.status[x + 2][y + 1] == 0xFE) { // 右边为空 Build_Case(dat, num, x + 1, y, addr); } } break; case 1: // 2 * 1 if (y != 0) { // 不在最上面 if (dat.status[x][y - 1] == 0xFE && dat.status[x + 1][y - 1] == 0xFE) { // 上面为空 Build_Case(dat, num, x, y - 1, addr); } } if (y != 4) { // 不在最下面 if (dat.status[x][y + 1] == 0xFE && dat.status[x + 1][y + 1] == 0xFE) { // 下面为空 Build_Case(dat, num, x, y + 1, addr); } } if (x != 0) { // 不在最左边 if (dat.status[x - 1][y] == 0xFE) { // 左边为空 Build_Case(dat, num, x - 1, y, addr); } } if (x != 2) { // 不在最右边 if (dat.status[x + 2][y] == 0xFE) { // 右边为空 Build_Case(dat, num, x + 1, y, addr); } } break; case 2: // 1 * 2 if (y != 0) { // 不在最上面 if (dat.status[x][y - 1] == 0xFE) { // 上面为空 Build_Case(dat, num, x, y - 1, addr); } } if (y != 3) { // 不在最下面 if (dat.status[x][y + 2] == 0xFE) { // 下面为空 Build_Case(dat, num, x, y + 1, addr); } } if (x != 0) { // 不在最左边 if (dat.status[x - 1][y] == 0xFE && dat.status[x - 1][y + 1] == 0xFE) { // 左边为空 Build_Case(dat, num, x - 1, y, addr); } } if (x != 3) { // 不在最右边 if (dat.status[x + 1][y] == 0xFE && dat.status[x + 1][y + 1] == 0xFE) { // 右边为空 Build_Case(dat, num, x + 1, y, addr); } } break; case 3: // 1 * 1 if (y != 0) { // 不在最上面 if (dat.status[x][y - 1] == 0xFE) { // 上面为空 Build_Case(dat, num, x, y - 1, addr); } } if (y != 4) { // 不在最下面 if (dat.status[x][y + 1] == 0xFE) { // 下面为空 Build_Case(dat, num, x, y + 1, addr); } } if (x != 0) { // 不在最左边 if (dat.status[x - 1][y] == 0xFE) { // 左边为空 Build_Case(dat, num, x - 1, y, addr); } } if (x != 3) { // 不在最右边 if (dat.status[x + 1][y] == 0xFE) { // 右边为空 Build_Case(dat, num, x + 1, y, addr); } } break; } } void HRD_analy::Build_Case(Case_cal &dat, int &num, int x, int y, bool addr[4][5]) { // 实现移动并将结果发送到Add_Case if (addr[x][y] == true) { // 重复 return; // 退出 } else { addr[x][y] = true; // 加入位置数据 } Case_cal *dat_mod = new Case_cal; // 新建对象 在Add_Case中加入层中或被释放 *dat_mod = dat; switch ((*dat_mod).type[num]) { // 注入移动后的信息 case 0: // 2 * 2 (*dat_mod).status[x][y] = (*dat_mod).status[x][y + 1] = (*dat_mod).status[x + 1][y] = (*dat_mod).status[x + 1][y + 1] = num; break; case 1: // 2 * 1 (*dat_mod).status[x][y] = (*dat_mod).status[x + 1][y] = num; break; case 2: // 1 * 2 (*dat_mod).status[x][y] = (*dat_mod).status[x][y + 1] = num; break; case 3: // 1 * 1 (*dat_mod).status[x][y] = num; break; } Get_Code(*dat_mod); // 更新移动后的编码 Add_Case(dat_mod); // 发送给Add_Case Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 递归搜索 } void HRD_analy::Get_Code(Case_cal &dat) { // 获取编码并存储在dat.code 输入数据必须无误 bool temp[4][5]; // 用于临时标记 int x, y, num; dat.code = 0; for (x = 0; x < 4; x++) { // 初始化temp for (y = 0; y < 5; y++) { temp[x][y] = false; } } num = 0; for (y = 0; y < 5; y++) { // 遍历20个格 for (x = 0; x < 4; x++) { if (temp[x][y] == true) {continue;} // 该格已被占用 if (dat.status[x][y] == 0xFE) { // space num++; dat.code <<= 2; continue; } switch (dat.type[dat.status[x][y]]) { // type -> 0 / 1 / 2 / 3 case 0: // 2 * 2 dat.code |= (x + y * 4) << (num * 2); // 写入2 * 2块位置 temp[x][y + 1] = temp[x + 1][y] = temp[x + 1][y + 1] = true; // 标记占用 break; case 1: // 2 * 1 num++; dat.code <<= 2; dat.code |= 1; // 01 temp[x + 1][y] = true; // 标记占用 break; case 2: // 1 * 2 num++; dat.code <<= 2; dat.code |= 2; // 10 temp[x][y + 1] = true; // 标记占用 break; case 3: // 1 * 1 num++; dat.code <<= 2; dat.code |= 3; // 11 break; } } } dat.code <<= (16 - num) * 2; // 左移使编码占满低36位 dat.code &= 0xFFFFFFFFF; // 清除高28位内容 } bool HRD_analy::Parse_Code(Case_cal &dat, unsigned long long Code) { // 解析编码 返回false表示编码有误 unsigned char range[16]; // dat低32位分16组 int i, x, y, num, space_num = 0; dat.code = Code; for (x = 0; x < 4; x++) { // 初始化status和freeze for (y = 0; y < 5; y++) { dat.status[x][y] = 0xFF; dat.freeze[x][y] = false; } } for (i = 0; i < 15; i++) { // 初始化type dat.type[i] = 0xFF; } num = 0; for (i = 15; i >= 0; i--) { // 载入排列到range range[i] = Code & 0x3 ; if (range[i] == 0) {num++;} Code >>= 2; } if (num < 2) {return false;} // 0的个数低于两个出错 if (Code > 14) {return false;} // 排除越界情况 if (Code % 4 == 3) {return false;} dat.type[0] = 0; // 载入2 * 2方块 x = Code % 4; y = Code / 4; dat.status[x][y] = dat.status[x + 1][y] = dat.status[x][y + 1] = dat.status[x + 1][y + 1] = 0; num = x = y = 0; for (i = 0; i < 16; i++) { while (dat.status[x][y] != 0xFF) { // 找到下一个未填入的位置 if (++x == 4) { x = 0; if (++y == 5) { // 已填满20个空位 越界 if (space_num < 2) {return false;} // 空格低于两个 出错 for (num = i; num < 16; num++) { // 检查余下编码是否为0 if (range[num] != 0) {return false;} // 出现非0 编码错误 } return true; // 全为0 编码正确 } } } switch (range[i]) { // 分别处理四种情况 case 0: // space space_num++; dat.status[x][y] = 0xFE; dat.freeze[x][y] = true; // 空格标记为不可移动 break; case 1: // 2 * 1 if (x == 3) {return false;} // 越界出错 if (dat.status[x + 1][y] != 0xFF) {return false;} // 方块重叠 num++; dat.type[num] = 1; dat.status[x][y] = dat.status[x + 1][y] = num; break; case 2: // 1 * 2 if (y == 4) {return false;} // 越界出错 if (dat.status[x][y + 1] != 0xFF) {return false;} // 方块重叠 num++; dat.type[num] = 2; dat.status[x][y] = dat.status[x][y + 1] = num; break; case 3: // 1 * 1 num++; dat.type[num] = 3; dat.status[x][y] = num; break; } } return true; // 20格恰好被填满 } string HRD_analy::Change_str(unsigned long long dat) { // 将数字转化为文本编码 string str; str.resize(9); // 修改其长度为9位 for (int i = 8; i >= 0; i--) { // 将每一位从数值转为ASCII码 if ((dat & 0xF) <= 9) { // 0 ~ 9 str[i] = (dat & 0xF) + 48; } else { // A ~ F str[i] = (dat & 0xF) + 55; } dat >>= 4; } return str; } unsigned long long HRD_analy::Change_int (char *str) { // 将文本编码转化为数字(传入9位字符串) unsigned long long dat = 0; for (int i = 0; i < 9; i++) { // 将每一位从ASCII码转为数值 dat <<= 4; if (str[i] >= 48 && str[i] <= 57) { // 0 ~ 9 dat |= str[i] - 48; } else if (str[i] >= 65 && str[i] <= 70) { // A ~ F dat |= str[i] - 55; } else if (str[i] >= 97 && str[i] <= 102) { // a ~ f dat |= str[i] - 87; } } return dat; }