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HRD_Database
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This is a database project containing all klotski cases.
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HRD_Database/HRD_group.cpp

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <fstream>
#include "HRD_cal.h"
#include "HRD_group.h"
ofstream output_farthest;
ofstream output_solution;
void HRD_group::Batch_Analyse(unsigned long long seed, string name_farthest, string name_solution, bool is_output_solution) {
HRD_cal cal;
vector <unsigned long long> dat;
if (cal.Check_Code(seed) == false) {return;}
dat = cal.Calculate_All(seed);
sort(dat.begin(), dat.end());
File_name_farthest = name_farthest;
File_name_solution = name_solution;
Output_solution_case = is_output_solution;
Analyse_Group(dat);
}
void HRD_group::Analyse_Group(vector <unsigned long long> dat) { // 传入整个群 并将结果以csv格式输出到文件
unsigned int i, j, k;
int hash_index;
vector <Case *> List; // 全组数据
vector <Case *> List_hash[0x10000]; // 哈希索引
for (i = 0; i < dat.size(); i++) { // 将数据注入到List中
Case *temp = new Case;
(*temp).Code = dat[i];
List.push_back(temp);
}
for (i = 0; i < List.size(); i++) { // 构建哈希索引表
hash_index = 0xffff & ((*List[i]).Code >> 16);
List_hash[hash_index].push_back(List[i]);
}
for (i = 0; i < List.size(); i++) { // 计算全部2 * 2块的位置
(*List[i]).addr_2x2 = (*List[i]).Code >> 32;
}
vector <unsigned long long> next_code;
for (i = 0; i < List.size(); i++) { // 构建关系网
next_code = Find_Next_Case((*List[i]).Code); // 找到全部子布局
for (j = 0; j < next_code.size(); j++) { // 遍历子布局
hash_index = 0xffff & (next_code[j] >> 16); // 取得哈希索引
for (k = 0; List_hash[hash_index].size(); k++) { // 搜索该索引
if ((*List_hash[hash_index][k]).Code == next_code[j]) { // 找到目标
(*List[i]).Next.push_back(List_hash[hash_index][k]); // 链接目标位置
break; // 退出循环
}
}
}
}
Case_detail *result;
output_farthest.open(File_name_farthest);
output_solution.open(File_name_solution);
for(i = 0; i < List.size(); i++) { // 遍历整个队列
for (k = 0; k < List.size(); k++) { // 初始化
(*List[k]).Layer_num = -1;
(*List[k]).Flag = false;
}
result = Analyse_Case(List[i]); // 计算对应布局数据并储存到result中
Output_detail(result);
delete result;
if (i % 13 == 0) {
cout << i << "/" << List.size() << endl;
}
}
output_farthest.close();
output_solution.close();
for (i = 0; i < List.size(); i++) { // 释放List数据
delete List[i];
}
}
void HRD_group::Output_detail(Case_detail *dat) {
unsigned int i;
// farthest
output_farthest << Change_str((*dat).code) << ",";
output_farthest << (*dat).farthest_step << ",";
output_farthest << (*dat).farthest_num << ",";
for (i = 0; i < (*dat).farthest_case.size(); i++) {
output_farthest << Change_str((*dat).farthest_case[i]);
if (i + 1 != (*dat).farthest_case.size()) {
output_farthest << "-";
}
}
output_farthest << endl;
// solution
output_solution << Change_str((*dat).code) << ",";
output_solution << (*dat).min_solution_step << ",";
output_solution << (*dat).min_solution_num << ",";
for (i = 0; i < (*dat).min_solution_case.size(); i++) {
output_solution << Change_str((*dat).min_solution_case[i]);
if (i + 1 != (*dat).min_solution_case.size()) {
output_solution << "-";
}
}
output_solution << "," << (*dat).solution_num;
if (Output_solution_case == false) {
output_solution << endl;
return;
}
output_solution << ",";
for (i = 0; i < (*dat).solution_case.size(); i++) {
output_solution << Change_str((*dat).solution_case[i]);
output_solution << "(" << (*dat).solution_step[i] << ")";
if (i + 1 != (*dat).solution_case.size()) {
output_solution << "-";
}
}
output_solution << endl;
}
HRD_group::Case_detail* HRD_group::Analyse_Case(Case *start) { // 根据关系网计算布局的参数
unsigned int i, k;
vector <Case *> Case_Stack;
Case_detail *dat = new Case_detail; // dat储存分析结果
Case_detail_init(*dat); // 初始化
(*dat).code = (*start).Code;
(*start).Layer_num = 0; //令入口节点的层级为0
Case_Stack.push_back(start); // 加入队列中
i = 0;
while (1 == 1) { // 创建死循环
if ((*Case_Stack[i]).addr_2x2 == 0xD) { // 2 * 2块在出口位置
if ((*Case_Stack[i]).Flag == false) { // 未被标识
(*dat).solution_case.push_back((*Case_Stack[i]).Code); // 判定为解
(*dat).solution_step.push_back((*Case_Stack[i]).Layer_num);
(*Case_Stack[i]).Flag = true; // 进行标识
}
}
for (k = 0; k < (*Case_Stack[i]).Next.size(); k++) { // 检测目标布局的全部子布局
if ((*(*Case_Stack[i]).Next[k]).Layer_num == -1) { // 若之前还未被搜索到
(*(*Case_Stack[i]).Next[k]).Layer_num = (*Case_Stack[i]).Layer_num + 1; // 记录层级信息
Case_Stack.push_back((*Case_Stack[i]).Next[k]); // 加入搜索队列
}
if ((*Case_Stack[i]).Flag == true) { // 若已经标识 则感染下一层的子布局
if ((*(*Case_Stack[i]).Next[k]).Layer_num == (*Case_Stack[i]).Layer_num + 1) { // 若为下一层
(*(*Case_Stack[i]).Next[k]).Flag = true; // 标识
}
}
}
i++; // 搜索下一个布局
if (i == Case_Stack.size()) {break;} // 搜索完毕 退出
}
// 计算最远布局
(*dat).farthest_step = (*Case_Stack[Case_Stack.size() - 1]).Layer_num; // 得到最远步数
for (int i = Case_Stack.size() - 1; i >= 0; i--) { // 逆向搜索
if ((*Case_Stack[i]).Layer_num == (*dat).farthest_step) { // 如果是最远布局
(*dat).farthest_case.push_back((*Case_Stack[i]).Code); // 加入记录
} else {
break; // 退出搜索
}
}
(*dat).farthest_num = (*dat).farthest_case.size(); // 得到最远布局的个数
sort((*dat).farthest_case.begin(), (*dat).farthest_case.end());
// 计算解的情况
(*dat).solution_num = (*dat).solution_case.size(); // 得到解的个数
int step = -1;
vector < vector <unsigned long long> > temp; // 暂存不同步数解的信息
for (i = 0; i < (*dat).solution_step.size(); i++) { // 遍历全部解
if (step != int((*dat).solution_step[i])) { // 发现步数不同
temp.resize(temp.size() + 1); // temp扩容
step = (*dat).solution_step[i]; // 重置步数
}
temp[temp.size() - 1].push_back((*dat).solution_case[i]); // 数据加入到temp中
}
(*dat).solution_case.clear(); // 清空原数据
for (i = 0; i < temp.size(); i++) { // 将排序后的数据重新写入
sort(temp[i].begin(), temp[i].end()); // 排序同一步数的不同解
if (i == 0) { // 若为最少步数
(*dat).min_solution_case = temp[0]; // 记录最少步解的布局
(*dat).min_solution_num = temp[0].size(); // 记录最少步解的个数
(*dat).min_solution_step = (*dat).solution_step[0]; // 记录最少步数
}
for (k = 0; k < temp[i].size(); k++) {
(*dat).solution_case.push_back(temp[i][k]); // 写入数据
}
}
return dat;
}
void HRD_group::Case_detail_init(Case_detail &dat) { // 初始化数据
dat.farthest_step = -1;
dat.farthest_num = 0;
dat.farthest_case.clear();
dat.min_solution_step = -1;
dat.min_solution_num = 0;
dat.min_solution_case.clear();
dat.solution_num = 0;
dat.solution_case.clear();
dat.solution_step.clear();
}
vector <unsigned long long> HRD_group::Find_Next_Case(unsigned long long Code) { // 找到下一步移动的情况(一步可以为同一块多次移动)
int num, x, y, i, j;
bool addr[4][5]; // 在Find_Sub_Case深搜中用于剪枝
bool exclude[4][5]; // 排除已搜索过的块
Case_cal dat;
Parse_Code(dat, Code);
for (y = 0; y < 5; y++) {
for (x = 0; x < 4; x++) {
if (dat.status[x][y] == 0xFE) { // 目标格为空
exclude[x][y] = true;
} else {
exclude[x][y] = false;
}
}
}
Next_Case_dat.clear(); // 清空序列
for (y = 0; y < 5; y++) { // 遍历整个棋盘
for (x = 0; x < 4; x++) {
if (exclude[x][y] == true) {continue;}
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
num = dat.status[x][y]; // 统一修改(x, y)块 减少代码量
dat.status[x][y] = 0xFE;
switch (dat.type[num]) {
case 0: // 2 * 2
exclude[x][y + 1] = exclude[x + 1][y] = exclude[x + 1][y + 1] = true;
dat.status[x + 1][y] = dat.status[x][y + 1] = dat.status[x + 1][y + 1] = 0xFE;
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;
break;
case 1: // 2 * 1
exclude[x + 1][y] = true;
dat.status[x + 1][y] = 0xFE;
Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 进行子步递归搜索
dat.status[x + 1][y] = num;
break;
case 2: // 1 * 2
exclude[x][y + 1] = true;
dat.status[x][y + 1] = 0xFE;
Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 进行子步递归搜索
dat.status[x][y + 1] = num;
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
}
}
return Next_Case_dat;
}
void HRD_group::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_group::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 = dat; // 新建对象 在Add_Case中加入层中或被释放
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
Next_Case_dat.push_back(dat_mod.code); // 加入序列
Find_Sub_Case(dat, num, x, y, addr); // 递归搜索
}
void HRD_group::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_group::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;
}
}
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;
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_group::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_group::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;
}