バックグラウンド

ピタゴラスの三角形は、各辺の長さが整数である（つまり、辺の長さがピタゴラスのトリプルを形成する）直角三角形です。

この三角形の辺を使用して、次のようにさらに2つの一致しないピタゴラスの三角形を添付できます。

2つの三角形がオーバーラップせず、接続する辺の長さが等しい限り、フィットするようにこのパターンを続行できます。

問題は、与えられた空間にいくつの合同でないピタゴラスの三角形を収めることができるかということです。

入力

あなたは、2つの入力として整数、受信するWとH、関数の引数によって、STDIN、文字列、または何でもあなたが好きなの。整数は、10進数、16進数、2進数、単項（幸運、Retina）、またはその他の整数ベースとして受け取ることができます。あなたはそれを仮定するかもしれませんmax(W, H) <= 2^15 - 1。

出力

プログラムまたは関数は、重複しない接続された一致しないピタゴラスの三角形のリストを計算し、それぞれ3つの座標のセットのリストを出力する必要があります。座標は、空間内の実数であるx必要があり（間隔内にあり、間隔内[0, W]にあるy必要があります[0, H]）、距離は機械の精度に対して正確でなければなりません。三角形の順序と各座標の正確な形式は重要ではありません。

1つの三角形から、接続された境界をステップオーバーするだけで他の三角形に「歩く」ことが可能でなければなりません。

上記の図を例として使用して、入力をとW = 60しH = 60ます。

出力は次の座標リストになります。

(0, 15), (0, 21), (8, 15)
(0, 21), (14.4, 40.2), (8, 15)
(0, 15), (8, 0), (8, 15)
(8, 0), (8, 15), (28, 15)
(8, 15), (28, 15), (28, 36)
(28, 15), (28, 36), (56, 36)

現在、6個の三角形は、スペースを考えればできることではありません。もっと良くできますか？

ルールとスコアリング

• このチャレンジのスコアは、の入力に対してプログラムが生成する三角形の数ですW = 1000, H = 1000。このケースを誰かがハードコーディングしている疑いがある場合、この入力を変更する権利を留保します。

• ピタゴラストリプルを計算する組み込み関数を使用することはできません。また、2つを超えるピタゴラストリプルのリストをハードコーディングすることはできません（常に（3、4、5）三角形、または同様の開始状況で始まるようにプログラムをハードコーディングする場合、大丈夫だ）。

• 提出物は任意の言語で書くことができます。読みやすさとコメントが推奨されます。

• ピタゴラスのトリプルのリストはこちらにあります。

• 標準の抜け穴は許可されていません。

Python 3、109

これは明らかに一見難しい挑戦でした。コードを書くことは何度もありましたが、私は自分の基本的なジオメトリの能力に疑問を抱いていました。そうは言っても、結果にはかなり満足しています。三角形を配置するための複雑なアルゴリズムを考案することはせず、代わりに、見つけられる最小のものを常に配置することでコードが失敗します。後でこれを改善できるか、私の答えが他の人に拍車をかけてより良いアルゴリズムを見つけることを願っています！全体として、非常に楽しい問題であり、興味深い写真がいくつか作成されます。

コードは次のとおりです。

import time
import math

W = int(input("Enter W: "))
H = int(input("Enter H: "))

middle_x = math.floor(W/2)
middle_y = math.floor(H/2)

sides = [ # each side is in the format [length, [x0, y0], [x1, y1]]
    [3,[middle_x,middle_y],[middle_x+3,middle_y]],
    [4,[middle_x,middle_y],[middle_x,middle_y+4]],
    [5,[middle_x+3,middle_y],[middle_x,middle_y+4]]
    ]

triangles = [[0,1,2]] # each triangle is in the format [a, b, c] where a, b and c are the indexes of sides

used_triangles = [[3,4,5]] # a list of used Pythagorean triples, where lengths are ordered (a < b < c)

max_bounds_length = math.sqrt(W**2 + H**2)

def check_if_pyth_triple(a,b): # accepts two lists of the form [l, [x0,y0], [x1,y1]] defining two line segments
    # returns 0 if there are no triples, 1 if there is a triple with a right angle on a,
    # and 2 if there is a triple with the right angle opposite a
    c = math.sqrt(a[0]**2 + b[0]**2)
    if c.is_integer():
        if not sorted([a[0], b[0], c]) in used_triangles:
            return 1
        return 0
    else:
        if a[0] > b[0]:
            c = math.sqrt(a[0]**2 - b[0]**2)
            if c.is_integer() and not sorted([a[0], b[0], c]) in used_triangles:
                return 2
        return 0

def check_if_out_of_bounds(p):
    out = False
    if p[0] < 0 or p[0] > W:
        out = True
    if p[1] < 0 or p[1] > H:
        out = True
    return out

def in_between(a,b,c):
    maxi = max(a,c)
    mini = min(a,c)
    return mini < b < maxi

def sides_intersect(AB,CD): # accepts two lists of the form [l, [x0,y0], [x1,y1]] defining two line segments
    # doesn't count overlapping lines
    A = AB[1]
    B = AB[2]
    C = CD[1]
    D = CD[2]

    if A[0] == B[0]: # AB is vertical
        if C[0] == D[0]: # CD is vertical
            return False
        else:
            m1 = (C[1] - D[1])/(C[0] - D[0]) # slope of CD
            y = m1*(A[0] - C[0]) + C[1] # the y value of CD at AB's x value
            return in_between(A[1], y, B[1]) and in_between(C[0], A[0], D[0])
    else:
        m0 = (A[1] - B[1])/(A[0] - B[0]) # slope of AB
        if C[0] == D[0]: # CD is vertical
            y = m0*(C[0] - A[0]) + A[1] # the y value of CD at AB's x value
            return in_between(C[1], y, D[1]) and in_between(A[0],C[0],B[0])
        else:
            m1 = (C[1] - D[1])/(C[0] - D[0]) # slope of CD
            if m0 == m1:
                return False
            else:
                x = (m0*A[0] - m1*C[0] - A[1] + C[1])/(m0 - m1)
                return in_between(A[0], x, B[0]) and in_between(C[0], x, D[0])

def check_all_sides(b,triangle):
    no_intersections = True
    for side in sides:
        if sides_intersect(side, b):
            no_intersections = False
            break

    return no_intersections

def check_point_still_has_room(A): # This function is needed for the weird case when all 2pi degrees
    # around a point are filled by triangles, but you could fit in a small triangle into another one
    # already built around the point. Doing this won't cause sides_intersect() to detect it because
    # the sides will all be parallel. Crazy stuff.
    connecting_sides = []
    for side in sides:
        if A in side:
            connecting_sides.append(side)

    match_count = 0
    slopes = []
    for side in connecting_sides:
        B = side[1]
        if A == B:
            B = side[2]
        if not A[0] == B[0]:
            slope = round((A[1]-B[1])/(A[0]-B[0]),4)
        else:
            if A[1] < B[1]:
                slope = "infinity"
            else:
                slope = "neg_infinity"
        if slope in slopes:
            match_count -= 1
        else:
            slopes.append(slope)
            match_count += 1

    return match_count != 0

def construct_b(a,b,pyth_triple_info,straight_b_direction,bent_b_direction):
    # this function finds the correct third point of the triangle given a and the length of b
    # pyth_triple_info determines if a is a leg or the hypotenuse
    # the b_directions determine on which side of a the triangle should be formed
    a_p = 2 # this is the index of the point in a that is not the shared point with b
    if a[1] != b[1]:
        a_p = 1

    vx = a[a_p][0] - b[1][0] # v is our vector, and these are the coordinates, adjusted so that
    vy = a[a_p][1] - b[1][1] # the shared point is the origin

    if pyth_triple_info == 1:
        # because the dot product of orthogonal vectors is zero, we can use that and the Pythagorean formula
        # to get this simple formula for generating the coordinates of b's second point
        if vy == 0:
            x = 0
            y = b[0]
        else:
            x = b[0]/math.sqrt(1+((-vx/vy)**2)) # b[0] is the desired length
            y = -vx*x/vy

        x = x*straight_b_direction # since the vector is orthagonal, if we want to reverse the direction,
        y = y*straight_b_direction # it just means finding the mirror point

    elif pyth_triple_info == 2: # this finds the intersection of the two circles of radii b[0] and c 
        # around a's endpoints, which is the third point of the triangle if a is the hypotenuse
        c = math.sqrt(a[0]**2 - b[0]**2)
        D = a[0]
        A = (b[0]**2 - c**2 + D**2 ) / (2*D)
        h = math.sqrt(b[0]**2 - A**2)
        x2 = vx*(A/D)
        y2 = vy*(A/D)        
        x = x2 + h*vy/D
        y = y2 - h*vx/D

        if bent_b_direction == -1: # this constitutes reflection of the vector (-x,-y) around the normal vector n,
            # which accounts for finding the triangle on the opposite side of a
            dx = -x
            dy = -y
            v_length = math.sqrt(vx**2 + vy**2)
            nx = vx/v_length
            ny = vy/v_length

            d_dot_n = dx*nx + dy*ny

            x = dx - 2*d_dot_n*nx
            y = dy - 2*d_dot_n*ny

    x = x + b[1][0] # adjust back to the original frame
    y = y + b[1][1]

    return [x,y]

def construct_triangle(side_index):
    a = sides[side_index] # a is the base of the triangle
    a_p = 1
    b = [1, a[a_p], []] # side b, c is hypotenuse

    for index, triangle in enumerate(triangles):
        if side_index in triangle:
            triangle_index = index
            break

    triangle = list(triangles[triangle_index])
    triangle.remove(side_index)

    add_tri = False

    straight_b = construct_b(a,b,1,1,1)

    bent_b = construct_b(a,b,2,1,1)

    A = sides[triangle[0]][1]
    if A in a:
        A = sides[triangle[0]][2]

    Ax = A[0] - b[1][0] # adjusting A so that it's a vector
    Ay = A[1] - b[1][1]

    # these are for determining if construct_b() is going to the correct side
    triangle_on_side = (a[2][0]-a[1][0])*(A[1]-a[1][1]) - (a[2][1]-a[1][1])*(A[0]-a[1][0])
    straight_b_on_side = (a[2][0]-a[1][0])*(straight_b[1]-a[1][1]) - (a[2][1]-a[1][1])*(straight_b[0]-a[1][0])
    bent_b_on_side = (a[2][0]-a[1][0])*(bent_b[1]-a[1][1]) - (a[2][1]-a[1][1])*(bent_b[0]-a[1][0])

    straight_b_direction = 1
    if (triangle_on_side > 0 and straight_b_on_side > 0) or (triangle_on_side < 0 and straight_b_on_side < 0):
        straight_b_direction = -1

    bent_b_direction = 1
    if (triangle_on_side > 0 and bent_b_on_side > 0) or (triangle_on_side < 0 and bent_b_on_side < 0):
        bent_b_direction = -1


    a_ps = []
    for x in [1,2]:
        if check_point_still_has_room(a[x]): # here we check for that weird exception
            a_ps.append(x)

    while True:
        out_of_bounds = False
        if b[0] > max_bounds_length:
            break

        pyth_triple_info = check_if_pyth_triple(a,b)

        for a_p in a_ps:
            if a_p == 1: # this accounts for the change in direction when switching a's points
                new_bent_b_direction = bent_b_direction
            else:
                new_bent_b_direction = -bent_b_direction

            b[1] = a[a_p]
            if pyth_triple_info > 0:
                b[2] = construct_b(a,b,pyth_triple_info,straight_b_direction,new_bent_b_direction)

                if check_if_out_of_bounds(b[2]): # here is the check to make sure we don't go out of bounds
                    out_of_bounds = True
                    break

                if check_all_sides(b,triangle):
                    if pyth_triple_info == 1:
                        c = [math.sqrt(a[0]**2 + b[0]**2), a[3-a_p], b[2]]
                    else:
                        c = [math.sqrt(a[0]**2 - b[0]**2), a[3-a_p], b[2]]

                    if check_all_sides(c,triangle):
                        add_tri = True
                        break

        if out_of_bounds or add_tri:
            break

        b[0] += 1 # increment the length of b every time the loop goes through

    if add_tri: # this adds a new triangle
        sides.append(b)
        sides.append(c)
        sides_len = len(sides)
        triangles.append([side_index, sides_len - 2, sides_len - 1])
        used_triangles.append(sorted([a[0], b[0], c[0]])) # so we don't use the same triangle again

def build_all_triangles(): # this iterates through every side to see if a new triangle can be constructed
    # this is probably where real optimization would take place so more optimal triangles are placed first
    t0 = time.clock()

    index = 0
    while index < len(sides):
        construct_triangle(index)
        index += 1

    t1 = time.clock()

    triangles_points = [] # this is all for printing points
    for triangle in triangles:
        point_list = []
        for x in [1,2]:
            for side_index in triangle:
                point = sides[side_index][x]
                if not point in point_list:
                    point_list.append(point)
        triangles_points.append(point_list)

    for triangle in triangles_points:
        print(triangle)

    print(len(triangles), "triangles placed in", round(t1-t0,3), "seconds.")

def matplotlib_graph(): # this displays the triangles with matplotlib
    import pylab as pl
    import matplotlib.pyplot as plt
    from matplotlib import collections as mc

    lines = []
    for side in sides:
        lines.append([side[1],side[2]])

    lc = mc.LineCollection(lines)
    fig, ax = pl.subplots()
    ax.add_collection(lc)
    ax.autoscale()
    ax.margins(0.1)
    plt.show()

build_all_triangles()

ここのための出力のグラフだW = 1000とH = 1000109個の三角形とは：

ここでW = 10000とH = 10000724個の三角形と：

matplotlib_graph()関数を呼び出してbuild_all_triangles()から三角形をグラフ化します。

で：私は適度に高速コード実行を考えるW = 1000とH = 1000、それは0.66秒かかり、そして時W = 10000とH = 10000、それは私の安っぽいのラップトップを使用して45秒かかります。

C ++、146個の三角形（パート1/2）

画像としての結果

アルゴリズムの説明

これは、ソリューション空間の幅優先検索を使用します。各ステップkで、ボックスに収まる三角形のすべての固有の構成から開始しk + 1、未使用の三角形を任意の構成に追加するすべてのオプションを列挙して、三角形のすべての固有の構成を構築します。

アルゴリズムは基本的に、網羅的なBFSで絶対最大値を見つけるように設定されています。そして、それはより小さなサイズでもうまくいきます。たとえば、50x50のボックスの場合、最大約1分で検出されます。しかし、1000x1000の場合、ソリューションスペースは大きすぎます。終了できるように、各ステップの後にソリューションのリストをトリミングします。保持されるソリューションの数は、コマンドライン引数で指定されます。上記のソリューションでは、値50が使用されました。これにより、実行時間は約10分になりました。

主な手順の概要は次のとおりです。

1. 箱の中に収まる可能性のあるすべてのピタゴラスの三角形を生成します。
2. それぞれ1つの三角形を持つソリューションで構成される初期ソリューションセットを生成します。
3. ループオーバー世代（三角形カウント）。
   1. ソリューションセットから無効なソリューションを削除します。これらは、ボックス内に収まらないソリューション、または重複するソリューションです。
   2. ソリューションセットが空の場合、完了です。前世代のソリューションセットには最大値が含まれています。
   3. トリムオプションが有効になっている場合、トリムソリューションは指定されたサイズに設定されます。
   4. 現在の世代のすべてのソリューションをループします。
      1. ソリューションの周囲のすべての側面をループします。
         1. 辺の長さに一致する辺の長さを持ち、まだ解決策に含まれていないすべての三角形を見つけます。
         2. 三角形を追加した結果の新しいソリューションを生成し、新しい世代のソリューションセットにソリューションを追加します。
4. 印刷ソリューション。

スキーム全体の重要な側面の1つは、一般に構成が複数回生成されることであり、一意の構成にのみ関心があります。そのため、ソリューションを定義する一意のキーが必要です。これは、ソリューションの生成中に使用される三角形の順序に依存しない必要があります。たとえば、キーに座標を使用してもまったく機能しません。複数の注文で同じソリューションに到達した場合、それらは完全に異なる可能性があるためです。私が使用したのは、グローバルリスト内の三角形のインデックスのセットと、三角形の接続方法を定義する「コネクタ」オブジェクトのセットです。そのため、キーは、2D空間での構築順序と位置に関係なく、トポロジのみをエンコードします。

実装の側面ではありますが、完全に些細なことではない別の部分は、すべてが与えられたボックスに収まるかどうか、どのように収まるかを決定しています。本当に境界を押し広げたい場合、ボックス内に回転が収まるようにすることが明らかに必要です。

誰かがこのすべてがどのように機能するかの詳細に飛び込みたい場合に備えて、パート2でコードにコメントを追加してみます。

公式テキスト形式の結果

(322.085, 641.587) (318.105, 641.979) (321.791, 638.602)
(318.105, 641.979) (309.998, 633.131) (321.791, 638.602)
(318.105, 641.979) (303.362, 639.211) (309.998, 633.131)
(318.105, 641.979) (301.886, 647.073) (303.362, 639.211)
(301.886, 647.073) (297.465, 638.103) (303.362, 639.211)
(301.886, 647.073) (280.358, 657.682) (297.465, 638.103)
(301.886, 647.073) (283.452, 663.961) (280.358, 657.682)
(301.886, 647.073) (298.195, 666.730) (283.452, 663.961)
(301.886, 647.073) (308.959, 661.425) (298.195, 666.730)
(301.886, 647.073) (335.868, 648.164) (308.959, 661.425)
(335.868, 648.164) (325.012, 669.568) (308.959, 661.425)
(308.959, 661.425) (313.666, 698.124) (298.195, 666.730)
(313.666, 698.124) (293.027, 694.249) (298.195, 666.730)
(313.666, 698.124) (289.336, 713.905) (293.027, 694.249)
(298.195, 666.730) (276.808, 699.343) (283.452, 663.961)
(335.868, 648.164) (353.550, 684.043) (325.012, 669.568)
(303.362, 639.211) (276.341, 609.717) (309.998, 633.131)
(276.808, 699.343) (250.272, 694.360) (283.452, 663.961)
(335.868, 648.164) (362.778, 634.902) (353.550, 684.043)
(362.778, 634.902) (367.483, 682.671) (353.550, 684.043)
(250.272, 694.360) (234.060, 676.664) (283.452, 663.961)
(362.778, 634.902) (382.682, 632.942) (367.483, 682.671)
(382.682, 632.942) (419.979, 644.341) (367.483, 682.671)
(419.979, 644.341) (379.809, 692.873) (367.483, 682.671)
(353.550, 684.043) (326.409, 737.553) (325.012, 669.568)
(353.550, 684.043) (361.864, 731.318) (326.409, 737.553)
(353.550, 684.043) (416.033, 721.791) (361.864, 731.318)
(416.033, 721.791) (385.938, 753.889) (361.864, 731.318)
(385.938, 753.889) (323.561, 772.170) (361.864, 731.318)
(385.938, 753.889) (383.201, 778.739) (323.561, 772.170)
(383.201, 778.739) (381.996, 789.673) (323.561, 772.170)
(323.561, 772.170) (292.922, 743.443) (361.864, 731.318)
(323.561, 772.170) (296.202, 801.350) (292.922, 743.443)
(250.272, 694.360) (182.446, 723.951) (234.060, 676.664)
(335.868, 648.164) (330.951, 570.319) (362.778, 634.902)
(330.951, 570.319) (381.615, 625.619) (362.778, 634.902)
(330.951, 570.319) (375.734, 565.908) (381.615, 625.619)
(330.951, 570.319) (372.989, 538.043) (375.734, 565.908)
(323.561, 772.170) (350.914, 852.648) (296.202, 801.350)
(323.561, 772.170) (362.438, 846.632) (350.914, 852.648)
(234.060, 676.664) (217.123, 610.807) (283.452, 663.961)
(217.123, 610.807) (249.415, 594.893) (283.452, 663.961)
(375.734, 565.908) (438.431, 559.733) (381.615, 625.619)
(382.682, 632.942) (443.362, 567.835) (419.979, 644.341)
(443.362, 567.835) (471.667, 606.601) (419.979, 644.341)
(323.561, 772.170) (393.464, 830.433) (362.438, 846.632)
(372.989, 538.043) (471.272, 556.499) (375.734, 565.908)
(372.989, 538.043) (444.749, 502.679) (471.272, 556.499)
(372.989, 538.043) (365.033, 521.897) (444.749, 502.679)
(443.362, 567.835) (544.353, 553.528) (471.667, 606.601)
(544.353, 553.528) (523.309, 622.384) (471.667, 606.601)
(544.353, 553.528) (606.515, 572.527) (523.309, 622.384)
(419.979, 644.341) (484.688, 697.901) (379.809, 692.873)
(444.749, 502.679) (552.898, 516.272) (471.272, 556.499)
(217.123, 610.807) (170.708, 516.623) (249.415, 594.893)
(484.688, 697.901) (482.006, 753.837) (379.809, 692.873)
(484.688, 697.901) (571.903, 758.147) (482.006, 753.837)
(419.979, 644.341) (535.698, 636.273) (484.688, 697.901)
(276.808, 699.343) (228.126, 812.299) (250.272, 694.360)
(228.126, 812.299) (185.689, 726.188) (250.272, 694.360)
(228.126, 812.299) (192.246, 829.981) (185.689, 726.188)
(393.464, 830.433) (449.003, 936.807) (362.438, 846.632)
(393.464, 830.433) (468.505, 926.625) (449.003, 936.807)
(416.033, 721.791) (471.289, 833.915) (385.938, 753.889)
(471.289, 833.915) (430.252, 852.379) (385.938, 753.889)
(350.914, 852.648) (227.804, 874.300) (296.202, 801.350)
(192.246, 829.981) (114.401, 834.898) (185.689, 726.188)
(114.401, 834.898) (155.433, 715.767) (185.689, 726.188)
(217.123, 610.807) (91.773, 555.523) (170.708, 516.623)
(91.773, 555.523) (141.533, 457.421) (170.708, 516.623)
(141.533, 457.421) (241.996, 407.912) (170.708, 516.623)
(141.533, 457.421) (235.365, 394.457) (241.996, 407.912)
(241.996, 407.912) (219.849, 525.851) (170.708, 516.623)
(241.996, 407.912) (304.896, 419.724) (219.849, 525.851)
(91.773, 555.523) (55.917, 413.995) (141.533, 457.421)
(571.903, 758.147) (476.260, 873.699) (482.006, 753.837)
(571.903, 758.147) (514.819, 890.349) (476.260, 873.699)
(571.903, 758.147) (587.510, 764.886) (514.819, 890.349)
(587.510, 764.886) (537.290, 898.778) (514.819, 890.349)
(587.510, 764.886) (592.254, 896.801) (537.290, 898.778)
(587.510, 764.886) (672.455, 761.831) (592.254, 896.801)
(55.917, 413.995) (113.819, 299.840) (141.533, 457.421)
(113.819, 299.840) (149.275, 293.604) (141.533, 457.421)
(544.353, 553.528) (652.112, 423.339) (606.515, 572.527)
(652.112, 423.339) (698.333, 461.597) (606.515, 572.527)
(535.698, 636.273) (651.250, 731.917) (484.688, 697.901)
(651.250, 731.917) (642.213, 756.296) (484.688, 697.901)
(304.896, 419.724) (299.444, 589.636) (219.849, 525.851)
(304.896, 419.724) (369.108, 452.294) (299.444, 589.636)
(304.896, 419.724) (365.965, 299.326) (369.108, 452.294)
(304.896, 419.724) (269.090, 347.067) (365.965, 299.326)
(114.401, 834.898) (0.942, 795.820) (155.433, 715.767)
(114.401, 834.898) (75.649, 947.412) (0.942, 795.820)
(192.246, 829.981) (124.489, 994.580) (114.401, 834.898)
(269.090, 347.067) (205.435, 217.901) (365.965, 299.326)
(205.435, 217.901) (214.030, 200.956) (365.965, 299.326)
(182.446, 723.951) (68.958, 600.078) (234.060, 676.664)
(182.446, 723.951) (32.828, 633.179) (68.958, 600.078)
(652.112, 423.339) (763.695, 288.528) (698.333, 461.597)
(763.695, 288.528) (808.220, 324.117) (698.333, 461.597)
(763.695, 288.528) (811.147, 229.162) (808.220, 324.117)
(652.112, 423.339) (627.572, 321.247) (763.695, 288.528)
(627.572, 321.247) (660.872, 244.129) (763.695, 288.528)
(652.112, 423.339) (530.342, 344.618) (627.572, 321.247)
(652.112, 423.339) (570.488, 453.449) (530.342, 344.618)
(627.572, 321.247) (503.633, 267.730) (660.872, 244.129)
(365.965, 299.326) (473.086, 450.157) (369.108, 452.294)
(365.965, 299.326) (506.922, 344.440) (473.086, 450.157)
(365.965, 299.326) (394.633, 260.827) (506.922, 344.440)
(394.633, 260.827) (537.381, 303.535) (506.922, 344.440)
(811.147, 229.162) (979.067, 234.338) (808.220, 324.117)
(698.333, 461.597) (706.660, 655.418) (606.515, 572.527)
(811.147, 229.162) (982.117, 135.385) (979.067, 234.338)
(982.117, 135.385) (999.058, 234.954) (979.067, 234.338)
(365.965, 299.326) (214.375, 186.448) (394.633, 260.827)
(811.147, 229.162) (803.145, 154.590) (982.117, 135.385)
(803.145, 154.590) (978.596, 102.573) (982.117, 135.385)
(214.375, 186.448) (314.969, 126.701) (394.633, 260.827)
(314.969, 126.701) (508.984, 192.909) (394.633, 260.827)
(314.969, 126.701) (338.497, 88.341) (508.984, 192.909)
(338.497, 88.341) (523.725, 138.884) (508.984, 192.909)
(338.497, 88.341) (359.556, 11.163) (523.725, 138.884)
(808.220, 324.117) (801.442, 544.012) (698.333, 461.597)
(801.442, 544.012) (739.631, 621.345) (698.333, 461.597)
(660.872, 244.129) (732.227, 78.877) (763.695, 288.528)
(660.872, 244.129) (644.092, 40.821) (732.227, 78.877)
(808.220, 324.117) (822.432, 544.659) (801.442, 544.012)
(660.872, 244.129) (559.380, 47.812) (644.092, 40.821)
(660.872, 244.129) (556.880, 242.796) (559.380, 47.812)
(556.880, 242.796) (528.882, 242.437) (559.380, 47.812)
(808.220, 324.117) (924.831, 449.189) (822.432, 544.659)
(924.831, 449.189) (922.677, 652.177) (822.432, 544.659)
(922.677, 652.177) (779.319, 785.836) (822.432, 544.659)
(779.319, 785.836) (696.630, 771.054) (822.432, 544.659)
(779.319, 785.836) (746.412, 969.918) (696.630, 771.054)
(779.319, 785.836) (848.467, 840.265) (746.412, 969.918)
(848.467, 840.265) (889.327, 872.428) (746.412, 969.918)
(746.412, 969.918) (619.097, 866.541) (696.630, 771.054)
(779.319, 785.836) (993.200, 656.395) (848.467, 840.265)
(993.200, 656.395) (935.157, 864.450) (848.467, 840.265)
(993.200, 656.395) (995.840, 881.379) (935.157, 864.450)
(338.497, 88.341) (34.607, 5.420) (359.556, 11.163)
(338.497, 88.341) (189.294, 204.357) (34.607, 5.420)
(189.294, 204.357) (158.507, 228.296) (34.607, 5.420)
(158.507, 228.296) (38.525, 230.386) (34.607, 5.420)
(158.507, 228.296) (41.694, 412.358) (38.525, 230.386)

コード

コードについては、パート2を参照してください。これは、投稿サイズの制限を回避するために2つの部分に分割されました。

コードはPasteBinでも利用可能です。

C ++、146個の三角形（パート2/2）

パート1から続きます。これは、ポストサイズの制限を回避するために2つの部分に分割されました。

コード

追加するコメント。

#include <cmath>
#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <sstream>
#include <iostream>

class Vec2 {
public:
    Vec2()
      : m_x(0.0f), m_y(0.0f) {
    }

    Vec2(float x, float y)
      : m_x(x), m_y(y) {
    }

    float x() const {
        return m_x;
    }

    float y() const {
        return m_y;
    }

    void normalize() {
        float s = 1.0f / sqrt(m_x * m_x + m_y * m_y);
        m_x *= s;
        m_y *= s;
    }

    Vec2 operator+(const Vec2& rhs) const {
        return Vec2(m_x + rhs.m_x, m_y + rhs.m_y);
    }

    Vec2 operator-(const Vec2& rhs) const {
        return Vec2(m_x - rhs.m_x, m_y - rhs.m_y);
    }

    Vec2 operator*(float s) const {
        return Vec2(m_x * s, m_y * s);
    }

private:
    float m_x, m_y;
};

static float cross(const Vec2& v1, const Vec2& v2) {
    return v1.x() * v2.y() - v1.y() * v2.x();
}

class Triangle {
public:
    Triangle()
      : m_sideLenA(0), m_sideLenB(0), m_sideLenC(0) {
    }

    Triangle(int sideLenA, int sideLenB, int sideLenC)
      : m_sideLenA(sideLenA),
        m_sideLenB(sideLenB),
        m_sideLenC(sideLenC) {
    }

    int getSideLenA() const {
        return m_sideLenA;
    }

    int getSideLenB() const {
        return m_sideLenB;
    }

    int getSideLenC() const {
        return m_sideLenC;
    }

private:
    int m_sideLenA, m_sideLenB, m_sideLenC;
};

class Connector {
public:
    Connector(int sideLen, int triIdx1, int triIdx2, bool flipped);

    bool operator<(const Connector& rhs) const;

    void print() const {
        std::cout << m_sideLen << "/" << m_triIdx1 << "/"
                  << m_triIdx2 << "/" << m_flipped << " ";
    }

private:
    int m_sideLen;
    int m_triIdx1, m_triIdx2;
    bool m_flipped;
};

typedef std::vector<Triangle> TriangleVec;
typedef std::multimap<int, int> SideMap;

typedef std::set<int> TriangleSet;
typedef std::set<Connector> ConnectorSet;

class SolutionKey {
public:
    SolutionKey() {
    }

    void init(int triIdx);
    void add(int triIdx, const Connector& conn);

    bool containsTriangle(int triIdx) const;
    int minTriangle() const;

    bool operator<(const SolutionKey& rhs) const;

    void print() const;

private:
    TriangleSet m_tris;
    ConnectorSet m_conns;
};

typedef std::map<SolutionKey, class SolutionData> SolutionMap;

class SolutionData {
public:
    SolutionData()
      : m_lastPeriIdx(0),
        m_rotAng(0.0f),
        m_xShift(0.0f), m_yShift(0.0f) {
    }

    void init(int triIdx);

    bool fitsInBox();
    bool selfOverlaps() const;

    void nextGeneration(
        const SolutionKey& key, bool useTrim, SolutionMap& rNewSols) const;

    void print() const;

private:
    void addTriangle(
        const SolutionKey& key, int periIdx, int newTriIdx,
        SolutionMap& rNewSols) const;

    std::vector<int> m_periTris;
    std::vector<int> m_periLens;
    std::vector<bool> m_periFlipped;
    std::vector<Vec2> m_periPoints;

    int m_lastPeriIdx;

    std::vector<Vec2> m_triPoints;

    float m_rotAng;
    float m_xShift, m_yShift;
};

static int BoxW  = 0;
static int BoxH  = 0;
static int BoxD2 = 0;

static TriangleVec AllTriangles;
static SideMap AllSides;

Connector::Connector(
    int sideLen, int triIdx1, int triIdx2, bool flipped)
  : m_sideLen(sideLen),
    m_flipped(flipped) {
    if (triIdx1 < triIdx2) {
        m_triIdx1 = triIdx1;
        m_triIdx2 = triIdx2;
    } else {
        m_triIdx1 = triIdx2;
        m_triIdx2 = triIdx1;
    }
}

bool Connector::operator<(const Connector& rhs) const {
    if (m_sideLen < rhs.m_sideLen) {
        return true;
    } else if (m_sideLen > rhs.m_sideLen) {
        return false;
    }

    if (m_triIdx1 < rhs.m_triIdx1) {
        return true;
    } else if (m_triIdx1 > rhs.m_triIdx1) {
        return false;
    }

    if (m_triIdx2 < rhs.m_triIdx2) {
        return true;
    } else if (m_triIdx2 > rhs.m_triIdx2) {
        return false;
    }

    return m_flipped < rhs.m_flipped;
}

void SolutionKey::init(int triIdx) {
    m_tris.insert(triIdx);
}

void SolutionKey::add(int triIdx, const Connector& conn) {
    m_tris.insert(triIdx);
    m_conns.insert(conn);
}

bool SolutionKey::containsTriangle(int triIdx) const {
    return m_tris.count(triIdx);
}

int SolutionKey::minTriangle() const {
    return *m_tris.begin();
}

bool SolutionKey::operator<(const SolutionKey& rhs) const {
    if (m_tris.size() < rhs.m_tris.size()) {
        return true;
    } else if (m_tris.size() > rhs.m_tris.size()) {
        return false;
    }

    TriangleSet::const_iterator triIt1 = m_tris.begin();
    TriangleSet::const_iterator triIt2 = rhs.m_tris.begin();
    while (triIt1 != m_tris.end()) {
        if (*triIt1 < *triIt2) {
           return true;
        } else if (*triIt2 < *triIt1) {
           return false;
        }
        ++triIt1;
        ++triIt2;
    }

    if (m_conns.size() < rhs.m_conns.size()) {
        return true;
    } else if (m_conns.size() > rhs.m_conns.size()) {
        return false;
    }

    ConnectorSet::const_iterator connIt1 = m_conns.begin();
    ConnectorSet::const_iterator connIt2 = rhs.m_conns.begin();
    while (connIt1 != m_conns.end()) {
        if (*connIt1 < *connIt2) {
           return true;
        } else if (*connIt2 < *connIt1) {
           return false;
        }
        ++connIt1;
        ++connIt2;
    }

    return false;
}

void SolutionKey::print() const {
    TriangleSet::const_iterator triIt = m_tris.begin();
    while (triIt != m_tris.end()) {
        std::cout << *triIt << " ";
        ++triIt;
    }
    std::cout << "\n";

    ConnectorSet::const_iterator connIt = m_conns.begin();
    while (connIt != m_conns.end()) {
        connIt->print();
        ++connIt;
    }
    std::cout << "\n";
}

void SolutionData::init(int triIdx) {
    const Triangle& tri = AllTriangles[triIdx];

    m_periTris.push_back(triIdx);
    m_periTris.push_back(triIdx);
    m_periTris.push_back(triIdx);

    m_periLens.push_back(tri.getSideLenB());
    m_periLens.push_back(tri.getSideLenC());
    m_periLens.push_back(tri.getSideLenA());

    m_periFlipped.push_back(false);
    m_periFlipped.push_back(false);
    m_periFlipped.push_back(false);

    m_periPoints.push_back(Vec2(0.0f, 0.0f));
    m_periPoints.push_back(Vec2(tri.getSideLenB(), 0.0f));
    m_periPoints.push_back(Vec2(0.0f, tri.getSideLenA()));

    m_triPoints = m_periPoints;

    m_periPoints.push_back(Vec2(0.0f, 0.0f));
}

bool SolutionData::fitsInBox() {
    int nStep = 8;
    float angInc = 0.5f * M_PI / nStep;

    for (;;) {
        bool mayFit = false;
        float ang = 0.0f;

        for (int iStep = 0; iStep <= nStep; ++iStep) {
            float cosAng = cos(ang);
            float sinAng = sin(ang);

            float xMin = 0.0f;
            float xMax = 0.0f;
            float yMin = 0.0f;
            float yMax = 0.0f;
            bool isFirst = true;

            for (int iPeri = 0; iPeri < m_periLens.size(); ++iPeri) {
                const Vec2& pt = m_periPoints[iPeri];
                float x = cosAng * pt.x() - sinAng * pt.y();
                float y = sinAng * pt.x() + cosAng * pt.y();

                if (isFirst) {
                    xMin = x;
                    xMax = x;
                    yMin = y;
                    yMax = y;
                    isFirst = false;
                } else {
                    if (x < xMin) {
                        xMin = x;
                    } else if (x > xMax) {
                        xMax = x;
                    }
                    if (y < yMin) {
                        yMin = y;
                    } else if (y > yMax) {
                        yMax = y;
                    }
                }
            }

            float w = xMax - xMin;
            float h = yMax - yMin;

            bool fits = false;
            if ((BoxW >= BoxH) == (w >= h)) {
                if (w <= BoxW && h <= BoxH) {
                    m_rotAng = ang;
                    m_xShift = 0.5f * BoxW - 0.5f * (xMax + xMin);
                    m_yShift = 0.5f * BoxH - 0.5f * (yMax + yMin);
                    return true;
                }
            } else {
                if (h <= BoxW && w <= BoxH) {
                    m_rotAng = ang + 0.5f * M_PI;
                    m_xShift = 0.5f * BoxW + 0.5f * (yMax + yMin);
                    m_yShift = 0.5f * BoxH - 0.5f * (xMax + xMin);
                    return true;
                }
            }

            w -= 0.125f * w * angInc * angInc + 0.5f * h * angInc;
            h -= 0.125f * h * angInc * angInc + 0.5f * w * angInc;

            if ((BoxW < BoxH) == (w < h)) {
                if (w <= BoxW && h <= BoxH) {
                    mayFit = true;
                }
            } else {
                if (h <= BoxW && w <= BoxH) {
                    mayFit = true;
                }
            }

            ang += angInc;
        }

        if (!mayFit) {
            break;
        }

        nStep *= 4;
        angInc *= 0.25f;
    }

    return false;
}

static bool intersects(
    const Vec2& p1, const Vec2& p2,
    const Vec2& q1, const Vec2& q2) {

    if (cross(p2 - p1, q1 - p1) * cross(p2 - p1, q2 - p1) > 0.0f) {
        return false;
    }

    if (cross(q2 - q1, p1 - q1) * cross(q2 - q1, p2 - q1) > 0.0f) {
        return false;
    }

    return true;
}

bool SolutionData::selfOverlaps() const {
    int periSize = m_periPoints.size();

    int triIdx = m_periTris[m_lastPeriIdx];
    const Triangle& tri = AllTriangles[triIdx];
    float offsScale = 0.0001f / tri.getSideLenC();

    const Vec2& pt1 = m_periPoints[m_lastPeriIdx];
    const Vec2& pt3 = m_periPoints[m_lastPeriIdx + 1];
    const Vec2& pt2 = m_periPoints[m_lastPeriIdx + 2];

    Vec2 pt1o = pt1 + ((pt2 - pt1) + (pt3 - pt1)) * offsScale;
    Vec2 pt2o = pt2 + ((pt1 - pt2) + (pt3 - pt2)) * offsScale;
    Vec2 pt3o = pt3 + ((pt1 - pt3) + (pt2 - pt3)) * offsScale;

    float xMax = m_periPoints[0].x();
    float yMax = m_periPoints[0].y();
    for (int iPeri = 1; iPeri < m_periLens.size(); ++iPeri) {
        if (m_periPoints[iPeri].x() > xMax) {
            xMax = m_periPoints[iPeri].x();
        }
        if (m_periPoints[iPeri].y() > yMax) {
            yMax = m_periPoints[iPeri].y();
        }
    }

    Vec2 ptOut(xMax + 0.3f, yMax + 0.7f);
    int nOutInter = 0;

    for (int iPeri = 0; iPeri < m_periLens.size(); ++iPeri) {
        int iNextPeri = iPeri + 1;
        if (iPeri == m_lastPeriIdx) {
            ++iNextPeri;
        } else if (iPeri == m_lastPeriIdx + 1) {
            continue;
        }

        if (intersects(
            m_periPoints[iPeri], m_periPoints[iNextPeri], pt1o, pt3o)) {
            return true;
        }

        if (intersects(
            m_periPoints[iPeri], m_periPoints[iNextPeri], pt2o, pt3o)) {
            return true;
        }

        if (intersects(
            m_periPoints[iPeri], m_periPoints[iNextPeri], pt3o, ptOut)) {
            ++nOutInter;
        }
    }

    return nOutInter % 2;
}

void SolutionData::nextGeneration(
    const SolutionKey& key, bool useTrim, SolutionMap& rNewSols) const
{
    int nPeri = m_periLens.size();
    for (int iPeri = (useTrim ? 0 : m_lastPeriIdx); iPeri < nPeri; ++iPeri) {
        int len = m_periLens[iPeri];
        SideMap::const_iterator itCand = AllSides.lower_bound(len);
        SideMap::const_iterator itCandEnd = AllSides.upper_bound(len);
        while (itCand != itCandEnd) {
            int candTriIdx = itCand->second;
            if (!key.containsTriangle(candTriIdx) &&
                candTriIdx > key.minTriangle()) {
                addTriangle(key, iPeri, candTriIdx, rNewSols);
            }
            ++itCand;
        }
    }
}

void SolutionData::print() const {
    float cosAng = cos(m_rotAng);
    float sinAng = sin(m_rotAng);

    int nPoint = m_triPoints.size();

    for (int iPoint = 0; iPoint < nPoint; ++iPoint) {
        const Vec2& pt = m_triPoints[iPoint];
        float x = cosAng * pt.x() - sinAng * pt.y() + m_xShift;
        float y = sinAng * pt.x() + cosAng * pt.y() + m_yShift;
        std::cout << "(" << x << ", " << y << ")";

        if (iPoint % 3 == 2) {
            std::cout << std::endl;
        } else {
            std::cout << " ";
        }
    }
}

void SolutionData::addTriangle(
    const SolutionKey& key, int periIdx, int newTriIdx,
    SolutionMap& rNewSols) const {

    int triIdx = m_periTris[periIdx];
    bool flipped = m_periFlipped[periIdx];
    int len = m_periLens[periIdx];

    Connector conn1(len, triIdx, newTriIdx, flipped);
    SolutionKey newKey1(key);
    newKey1.add(newTriIdx, conn1);
    bool isNew1 = (rNewSols.find(newKey1) == rNewSols.end());

    Connector conn2(len, triIdx, newTriIdx, !flipped);
    SolutionKey newKey2(key);
    newKey2.add(newTriIdx, conn2);
    bool isNew2 = (rNewSols.find(newKey2) == rNewSols.end());

    if (!(isNew1 || isNew2)) {
        return;
    }

    SolutionData data;

    int periSize = m_periLens.size();
    data.m_periTris.resize(periSize + 1);
    data.m_periLens.resize(periSize + 1);
    data.m_periFlipped.resize(periSize + 1);
    data.m_periPoints.resize(periSize + 2);
    for (int k = 0; k <= periIdx; ++k) {
        data.m_periTris[k] = m_periTris[k];
        data.m_periLens[k] = m_periLens[k];
        data.m_periFlipped[k] = m_periFlipped[k];
        data.m_periPoints[k] = m_periPoints[k];
    }
    for (int k = periIdx + 1; k < periSize; ++k) {
        data.m_periTris[k + 1] = m_periTris[k];
        data.m_periLens[k + 1] = m_periLens[k];
        data.m_periFlipped[k + 1] = m_periFlipped[k];
        data.m_periPoints[k + 1] = m_periPoints[k];
    }
    data.m_periPoints[periSize + 1] = m_periPoints[periSize];

    data.m_lastPeriIdx = periIdx;

    data.m_periTris[periIdx] = newTriIdx;
    data.m_periTris[periIdx + 1] = newTriIdx;

    int triSize = m_triPoints.size();
    data.m_triPoints.resize(triSize + 3);
    for (int k = 0; k < triSize; ++k) {
        data.m_triPoints[k] = m_triPoints[k];
    }

    const Triangle& tri = AllTriangles[newTriIdx];
    int lenA = tri.getSideLenA();
    int lenB = tri.getSideLenB();
    int lenC = tri.getSideLenC();

    const Vec2& pt1 = m_periPoints[periIdx];
    const Vec2& pt2 = m_periPoints[periIdx + 1];

    Vec2 v = pt2 - pt1;
    v.normalize();
    Vec2 vn(v.y(), -v.x());

    float dA = lenA;
    float dB = lenB;
    float dC = lenC;

    int len1 = 0, len2 = 0;
    Vec2 pt31, pt32;

    if (len == lenA) {
        len1 = lenB;
        len2 = lenC;
        pt31 = pt1 + vn * dB;
        pt32 = pt2 + vn * dB;
    } else if (len == lenB) {
        len1 = lenC;
        len2 = lenA;
        pt31 = pt2 + vn * dA;
        pt32 = pt1 + vn * dA;
    } else {
        len1 = lenA;
        len2 = lenB;
        pt31 = pt1 + v * (dA * dA / dC) + vn * (dA * dB / dC);
        pt32 = pt1 + v * (dB * dB / dC) + vn * (dA * dB / dC);
    }

    if (isNew1) {
        data.m_periLens[periIdx] = len1;
        data.m_periLens[periIdx + 1] = len2;
        data.m_periFlipped[periIdx] = false;
        data.m_periFlipped[periIdx + 1] = false;
        data.m_periPoints[periIdx + 1] = pt31;

        data.m_triPoints[triSize] = pt1;
        data.m_triPoints[triSize + 1] = pt31;
        data.m_triPoints[triSize + 2] = pt2;

        rNewSols.insert(std::make_pair(newKey1, data));
    }

    if (isNew2) {
        data.m_periLens[periIdx] = len2;
        data.m_periLens[periIdx + 1] = len1;
        data.m_periFlipped[periIdx] = true;
        data.m_periFlipped[periIdx + 1] = true;
        data.m_periPoints[periIdx + 1] = pt32;

        data.m_triPoints[triSize] = pt1;
        data.m_triPoints[triSize + 1] = pt32;
        data.m_triPoints[triSize + 2] = pt2;

        rNewSols.insert(std::make_pair(newKey2, data));
    }
}

static void enumerateTriangles() {
    for (int c = 2; c * c <= BoxD2; ++c) {
        for (int a = 1; 2 * a * a < c * c; ++a) {
            int b = static_cast<int>(sqrt(c * c - a * a) + 0.5f);
            if (a * a + b * b == c * c) {
                Triangle tri(a, b, c);

                int triIdx = AllTriangles.size();
                AllTriangles.push_back(Triangle(a, b, c));

                AllSides.insert(std::make_pair(a, triIdx));
                AllSides.insert(std::make_pair(b, triIdx));
                AllSides.insert(std::make_pair(c, triIdx));
            }
        }
    }
}

static void eliminateInvalid(SolutionMap& rSols) {
    SolutionMap::iterator it = rSols.begin();
    while (it != rSols.end()) {
        SolutionMap::iterator itNext = it;
        ++itNext;

        SolutionData& rSolData = it->second;

        if (!rSolData.fitsInBox()) {
            rSols.erase(it);
        } else if (rSolData.selfOverlaps()) {
            rSols.erase(it);
        }

        it = itNext;
    }
}

static void trimSolutions(SolutionMap& rSols, int trimCount) {
    if (trimCount >= rSols.size()) {
        return;
    }

    SolutionMap::iterator it = rSols.begin();
    for (int iTrim = 0; iTrim < trimCount; ++iTrim) {
        ++it;
    }

    rSols.erase(it, rSols.end());
}

static void nextGeneration(
    const SolutionMap& srcSols, bool useTrim, SolutionMap& rNewSols) {
    SolutionMap::const_iterator it = srcSols.begin();
    while (it != srcSols.end()) {
        const SolutionKey& solKey = it->first;
        const SolutionData& solData = it->second;
        solData.nextGeneration(solKey, useTrim, rNewSols);
        ++it;
    }
}

static void printSolutions(const SolutionMap& sols) {
    std::cout << std::fixed;
    std::cout.precision(3);

    SolutionMap::const_iterator it = sols.begin();
    while (it != sols.end()) {
        const SolutionKey& solKey = it->first;
        solKey.print();
        const SolutionData& solData = it->second;
        solData.print();
        std::cout << std::endl;
        ++it;
    }
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc < 3) {
        std::cerr << "usage: " << argv[0] << " width height [trimCount]"
                  << std::endl;
        return 1;
    }

    std::istringstream streamW(argv[1]);
    streamW >> BoxW;
    std::istringstream streamH(argv[2]);
    streamH >> BoxH;

    int trimCount = 0;
    if (argc > 3) {
        std::istringstream streamTrim(argv[3]);
        streamTrim >> trimCount;
    }

    BoxD2 = BoxW * BoxW + BoxH * BoxH;

    enumerateTriangles();
    int nTri = AllTriangles.size();

    SolutionMap solGen[2];
    int srcGen = 0;

    for (int iTri = 0; iTri < nTri; ++iTri) {
        const Triangle& tri = AllTriangles[iTri];

        SolutionKey solKey;
        solKey.init(iTri);

        SolutionData solData;
        solData.init(iTri);

        solGen[srcGen].insert(std::make_pair(solKey, solData));
    }

    int level = 1;

    for (;;) {
        eliminateInvalid(solGen[srcGen]);
        std::cout << "level: " << level
                  << " solutions: " << solGen[srcGen].size() << std::endl;
        if (solGen[srcGen].empty()) {
            break;
        }

        if (trimCount > 0) {
            trimSolutions(solGen[srcGen], trimCount);
        }

        solGen[1 - srcGen].clear();
        nextGeneration(solGen[srcGen], trimCount > 0, solGen[1 - srcGen]);

        srcGen = 1 - srcGen;
        ++level;
    }

    printSolutions(solGen[1 - srcGen]);

    return 0;
}