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HRD_Database
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HRD_Database/HRD_analy.cpp

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <fstream>
#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_cal *> 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 <bool> > solution_flag;
vector <unsigned long long> 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_cal *> 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;
}